ASSOCIATION AÉRONAUTIQUE & ASTRONAUTIQUE DE FRANCE

LES NANOTECHNOLOGIES A L'ORDRE DU JOURDe tous temps, les ingénieurs du monde aérospatialse sont efforcés de diminuer sans cesse la tailledes systèmes, des équipements et des compo-sants afin de gagner en masse et en coût deproduction tout en améliorant leurs propriétés etleurs performances. Cette course sans fin à laminiaturisation n’est-elle pas d'ailleurs l’un desressorts les plus puissants de la recherche techno-logique ?C'est ainsi qu'en électronique, on connaît la loi fameusede Moore suivant laquelle, tous les 18 mois, le nombre detransistors sur la surface d'une puce est doublé tandis quela taille de leurs grilles est réduite dans un facteur 1,3.Aujourd’hui, un processeur de surface 1 cm2 contient50 millions de transistors, la surface moyenne d'un trans-istor étant de 1 micromètre-carré et la finesse des motifsréalisés par photolithographie atteignant 100 micromètres.Certains microcomposants voient encore leurs dimen-sions diminuer jusqu’à se rapprocher du nanomètre. Maisdésormais nous arrivons à un mur avec les techniques tra-ditionnelles de sorte que, très vite, la loi de Moore va ces-ser de s’appliquer. Alors comment aller plus loin ?Eh bien, précisément, les scientifiques depuis quelquesannées mettent au point de nouvelles méthodes d’assem-blage, inspirées de la chimie et de la biologie, qui consis-tent à construire des nanosystèmes atome par atome,molécule par molécule, suivant une approche « bottom-up » et non plus suivant l’approche traditionnelle « top-down » qui elle, procède par sculpture et réduction pro-gressive de la matière.Grâce à la microscopie électronique et à deux nouveauxinstruments fondamentaux que sont le microscope à effettunnel et le microscope à force atomique, il est possiblemaintenant, à l’échelle du nanomètre, non seulement devoir et analyser les atomes, mais aussi de les positionner.Autrement dit, l'homme va être capable de manipuler lamatière à l’échelle atomique, moléculaire et macromolécu-laire, ce qui va forcément poser d'immenses questions dephilosophie, d’éthique et de droit.Bref, nous voici au seuil d'une ère industrielle nouvelle oùl’homme va être en mesure de fabriquer des nanoélé-ments à grande échelle. On peut dès maintenant entrevoirdes ruptures technologiques qui engendreront des pro-grès fulgurants que nous allons connaître : l’électroniquemoléculaire, le spinélectron, le nanoprocesseur avec des

nanocouches qui permettront des capacités de stockageet des vitesses de traitement toujours plus grandes…

Non seulement en électronique mais aussi dans ledomaine des matériaux, on peut s’attendre à d’im-menses progrès : les nanomatériaux, édifiés à par-tir de nanograins, seront plus résistants, pluslégers, plus stables, capables même de s’autoré-

parer.On en a déjà un exemple avec les nanotubes de car-

bone, qui sont 100 fois plus résistants et 6 fois plus légersque l’acier.En raison de ces fantastiques espoirs, les gouvernementsde par le monde ont décidé d’investir massivement :l’effort mondial représente 9 milliards de dollars par an,dont 3 milliards pour les seuls États-Unis et 1 milliard pourl’ensemble de l’Union Européenne.D’immenses progrès sont devant nous, qui vont exiger deconsidérables efforts de recherches fondamentale et appli-quée : des efforts non seulement financiers, mais aussid'organisation et de rationalisation des recherches. Pourfaire converger le mieux possible recherche fondamentaleet applications industrielles, il est tout à fait essentiel queles centres de recherche étatiques et les centres de recher-che des sociétés industrielles coopèrent étroitement, etaussi que le monde des scientifiques et le monde desingénieurs communiquent entre eux. Ces principes s’appli-quent à tous les secteurs d’activité et en particulier à l'in-dustrie aéronautique, de défense, et du secteur spatial. C'est justement dans cet esprit que l’AAAF organise à l'in-tention des industriels français de l’aéronautique et dusecteur spatial, le 11 mai prochain à Palaiseau, au nou-veau Centre de Recherches de THALES, une Journéed’Études intitulée : « Micro et nanotechnologies : appli-cations à l'Aéronautique et à l'Espace ».Puissions-nous faire en sorte que cette Journée, placéesous le Haut Patronage de Monsieur le Ministre Déléguéà l’Enseignement Supérieur et à la Recherche, connaisseun vif succès et conduise à l’expression de recommanda-tions pratiques ainsi qu’à l’établissement de liens fruc-tueux entre les acteurs concernés de la Science et del'Industrie.

Jean-Pierre SanfourcheAAAF, CHARGÉ DE MISSION

ÉD

ITO

RIA

L

� DANS CE NUMÉRO : LA VIE DES GROUPES RÉGIONAUX 2-5 • ESPACE JEUNES 6 •LA VIE DES COMMISSIONS TECHNIQUES 7-8-10 • DOSSIER DE SCIENCE 11-16 •N

°2 -

FÉ

VR

IER

20

06

N°2

- F

ÉV

RIE

R 2

00

6

2

LA

VIE

DE

S G

RO

UP

ES

RÉ

GIO

NA

UX

Instabilités et Tourbillons enaérodynamique interne :cavités et rotation pariétaleLa première conférence de cette jour-née a été donnée par Eric SERRE etPatrick BONTOUX du laboratoire deModélisation et Simulation Numériqueen Mécanique et Génie des Procédésde Marseille. Elle concernait les écou-lements internes en rotation rencontrésdans l'industrie des turbomachinesmais aussi dans de nombreux procé-dés industriels, démontrant ainsi lesinteractions fécondes entre des activi-tés aussi éloignées que la conceptiondes turbo pompes d'un lanceur spatialet l'optimisation de certains processusd'extraction rencontrés en génie chi-mique. Ces écoulements confinés sontparticulièrement difficiles à appréhen-der en raison de la présence de nonlinéarités et d'effets de confinement quientraînent la coexistence de régionsd'écoulement avec des propriétés spa-tio-temporelles très différentes. Dans laconfiguration simple de deux disquesde compresseur ou de turbine en rota-tion différentielle, le fluide est mis enmouvement par l'effet de cisaillement etl'écoulement comporte de fines cou-ches limites au voisinage des disquesséparées par un large cœur non vis-queux. Au sein d'une même couchelimite on rencontre des zones stables,instables ou complètement turbulentes.En raison de la géométrie relativementsimple, ces écoulements ont constitué,de tout temps, un challenge pour lesnumériciens et le conférencier a montréque, grâce aux avancées importantesréalisées aussi bien au niveau de lapuissance des ordinateurs (1 facteur10 tous les 5 ans environ) que par l'in-troduction de méthodes de haute pré-cision très performantes, l'approchenumérique devenait un outil très effica-ce pour l'étude de ces écoulements. Lagrappe de trois super calculateurs vec-toriels NEC, mise en place par leCNRS à l'Institut du Développement etdes Ressources en Informatique

Scientifique (IDRIS) à Orsay, permetde réaliser des simulations avec unnombre de degrés de liberté dépassantles 107. Ces expériences numériquesparfaitement contrôlées donnent unaccès privilégié à la dynamique desstructures de l'écoulement qui agissentsur les transferts de masse et de cha-leur ainsi que dans le processus d'ap-parition de la turbulence. Elle s'inscri-vent dans le développement à terme destratégie de contrôle plus efficace, cetaspect ayant une importance considé-rable pour l'optimisation des procédésindustriels.

« HERMES, ATAC, PERSEUS »La seconde conférence, donnée parRaymond BEC chargé de la prospecti-ve à la direction des Lanceurs duCNES, illustrait l'importance de lacoopération scientifique dans le cadrede programmes structurés s'étalant surplusieurs années. Le conférencier ad'abord évoqué le programme HER-MES qui, dans les années 80, a ras-semblé la plupart des spécialisteseuropéens de la rentrée atmosphériqueet du vol hypersonique. Ce programmea, en particulier, marqué le renouveaude l'aérodynamique hypersonique,après la période d'inactivité qui avaitsuivi les travaux pionniers des années60. C'est surtout sur le plan scienti-fique que le projet s'est démarqué desprécédents en intégrant complètementdans sa logique de développement unprogramme de recherche audacieuxdont l'organisation et les résultatsconstituent encore de nos jours unmodèle de fédération entre scienti-fiques et industriels. Les travaux encours dans le domaine de la rentréehypersonique, tel le démonstrateurPRE-X, soutenu par le CNES s'inscri-vent dans la descendance de ce grandprojet arrêté en 1992. Un exemple deprogramme actuel rassemblant scienti-fiques et industriels autour d'une thé-matique commune est constitué par leprogramme ATAC qui porte sur l'Aéro-

dynamique des Tuyères de moteursfusée et des écoulements d'ArrièreCorps. Lancé il y a une dizaine d'an-nées, ce programme du CNES, coor-donné à l'ONERA par PhilippeREIJASSE, accompagne les dévelop-pements à caractère technologiquemenés au plan industriel, qu'il s'agissede la maîtrise des décollements et deseffets associés sur ARIANE 5 ou destravaux à plus long terme sur des tuyè-res à fort taux de détente. Le conféren-cier a montré que le programme ATACconstituait l'appui scientifique essentielgrâce auquel des avancées significati-ves ont été réalisées et de nombreuxrésultats significatifs obtenus. L'avenirà très court terme était représenté parle projet PERSEUS annoncé lors dudernier salon du Bourget et qui marqueun pas de plus dans l'implication desenseignants et chercheurs dans laréalisation de projets à caractère indus-triel. Structuré autour de la conceptionet du développement d'un système delancement de nano satellites, il sedonne comme objectif général la miseen lumière de solutions novatrices etcomme moyen principal des travauxmenés par des étudiants convenable-ment encadrés par les enseignants,chercheurs et experts. Un programmede soutien par des actions de recher-che est en cours de mise en place pourconforter ce projet dont l'une des origi-nalités consiste à faire réaliser etessayer par les étudiants eux-mêmesles résultats de leurs travaux.

« Phénomènes de choc enécoulement hypersonique »La troisième conférence, donnée parJean DELERY, président de laCommission d'Aérodynamique del'AAAF, portait sur les phénomènes dechoc en écoulement hypersonique. Lesécoulements hypersoniques sont lesiège d'ondes de choc extrêmementintenses qui sont la cause de phéno-mènes spécifiques aux conséquencessouvent dommageables. Après avoir

Poitiers- Atlantique« MÉCANIQUE DES FLUIDES ET ESPACE », UNE JOURNÉE D’ÉTUDES AAAF CONSACRÉE AU SPATIAL PAR THIERRY ALZIARY DE ROQUEFORT

A l’initiative de son président Jean TENSI, le Groupe AAAF Poitiers Centre-Atlantique a organisé à l’ENSMA de Poitiers, le 17novembre dernier, un Colloque sur le thème du Spatial intitulé « Mécanique des Fluides et Espace ». Ce colloque prenait prétexte du départ récent de Thierry ALZIARY de ROQUEFORT, du CEAT de Poitiers, ancien Président duGroupe AAAF Poitiers Centre-Atlantique, ancien Professeur d’Aérodynamique à l’ENSMA, connu et reconnu pour l’ensemblede ses travaux sur les écoulements compressibles, pour réunir les experts nationaux du domaine à qui il était demandé de faireun état des lieux et une prospective des principaux axes de recherches concernant le secteur spatial.Après une allocution d’ouverture du colloque par Michel Scheller, président de l’AAAF, six conférences d’un grand intérêt ontété données par Patrick BONTOUX (Laboratoire de Mécanique et Génie des Procédés de Marseille), Raymond BEC (CNES), JeanDELERY (ONERA), Pierre PERRIER (l'Académie des Technologies) , Bertrand AUPOIX (ONERA), et Michel POLLET (EADS-ST).

LA

LE

TT

RE

AA

AF

3

LA

VIE

DE

S G

RO

UP

ES

RÉ

GIO

NA

UX

rappelé que, aux grandes vitesses, leralentissement brusque de l'air à tra-vers le choc de tête, devant le nez duprojectile, échauffe l'air à des tempéra-tures de plusieurs milliers de degrés cequi conduit à une aérothermodyna-mique mêlant effets de gaz réel ettransferts thermiques, le conférencier acentré son propos sur deux aspects,souvent spectaculaires des phénomè-nes de choc, à savoir les structuresengendrées par l'interférence d'ondesde choc et les interactions onde dechoc – couche limite, omniprésentesaux grandes vitesses mais aux effetsparfois dramatiques en hypersonique.Pour les intersections de chocs lasituation a été beaucoup éclaircie par laclassification introduite par les travauxde Edney (1968) qui fut illustrée par detrès belles visualisations de l'ONERA.Pour les interactions onde de choc -couche limite il s'agit d'un domaine par-ticulièrement difficile qui a fait l'objet detrès nombreux travaux depuis plusd'une cinquantaine d'années et d'unecoopération étroite entre le LEA etl'ONERA dans le cadre du projetHermès. Poussés par la nécessité desimplifier au maximum les configura-tions géométriques, en particulier pourfaciliter la simulation numérique, lespremiers travaux ont insisté, peut-êtreavec excès, sur les écoulements bidi-mensionnels plans alors que, sur leplan expérimental, il est particulière-ment difficile de s'affranchir des effetsde bord. Seules des configurations axi-symétriques, étudiées notamment parl'ONERA, permettent de réaliser expé-rimentalement des écoulements nedépendant que de deux variablesd'espace. Les progrès des moyensnumériques ont mis en évidence lagrande difficulté de calcul de ce typed'écoulement pour lesquels, même enlaminaire, le choix du maillage revêt uneimportance capitale. Pour les écoule-ments turbulents la coexistence d'undécollement, de fort gradients de den-sité et de l'interaction de la turbulenceavec des chocs constitue encore unchallenge pour la modélisation même siles techniques de simulation des gran-des échelles permettent d'envisagerdes progrès dans un futur proche. Laquestion des interactions avec une cou-che limite transitionnelle et la prévisiondes flux de chaleur au recollement res-tera certainement un sujet de recherchepour de nombreuses années.

« Hermès, enfants et petits-enfants ! »Dans une conférence intitulée « Hermès,enfants et petits enfants », PierrePERRIER, membre de l'Académie desTechnologies, a retracé le déroulement

et les enseignements du programmeHermès. Ce programme de vol habité,avec lancement par Ariane V deKourou et retour sur piste, a mobiliséun temps la recherche et la technologieeuropéenne en aérothermique et maté-riaux. Par delà son arrêt en 1992 pourdes raisons financières (ses exigencesn'étaient-elles pas trop ambitieusescomme pour l'ISS ?) ses retombéessont riches sur les plans scientifiqueset humains. D'abord par la coopérationunique du meilleur de la recherche etde la technologie européenne, ensuitepar la qualité du travail fait qui a dépas-sé les efforts coûteux des deux grandssur des programmes non ouverts etdonc moins ouverts à des critiquesconstructives comparatives. Mais sur-tout le choix d'une approche par simu-lation numérique, recevant des valida-tions élémentaires et globales croisées,a ouvert ce programme à une métho-dologie du futur où chacun pouvait par-ticiper selon ses spécialités et sescompétences : lancé avant l'apparitiond'Internet ce programme a beaucoupcontribué à tisser des liens entre leséquipes européennes qui ont pu com-mencer à expérimenter toute la puis-sance de cette approche dans l'ensei-gnement, la recherche et l'industrie. Ilne fait nul doute que, aujourd'hui, unetelle démarche serait considérablementfacilitée par le développement et lagénéralisation des moyens de commu-nication modernes. De nouveaux des-sins plus économiques, des processusd'essais et de calcul validés pourraienten être dérivés. L'élaboration d'unemaquette numérique complète permet-trait d'évaluer de façon plus rapide etplus fiable les chances de succès et lecoût d'un tel projet. Les enseignementsd'Hermès sur le plan méthodologiquene sont pas perdus et ont joué un rôlede précurseur dans l'avancée que per-mettent de génération en générationles progrès bien coordonnés de larecherche et de la technologie.

« Modélisation de la turbu-lence en écoulement com-pressible »La question de la turbulence dans lesécoulements à grande vitesse a étéabordée par une conférence deBertrand AUPOIX, Directeur derecherche à l'ONERA/DMAE Tou-louse. Les modèles de turbulence ontinitialement été développés en s'ap-puyant principalement sur des connais-sances acquises sur la dynamique dela turbulence en écoulement incom-pressible. Cependant, de nombreuxécoulements d'intérêt industriel commel'écoulement dans ou en aval de latuyère d'un avion de combat ou d'un

lanceur, dans un « ramjet » (statoréac-teur) ou un « scramjet » (superstato-réacteur) ou autour d'un missile sontmarqués par des effets de compressi-bilité importants. Des problèmes d'aé-ro-optique, liés à la discrétion desengins, demandent aussi des donnéesnouvelles sur la turbulence en écoule-ment compressible. La conférence arappelé le fait que l'extension desmodèles de turbulence aux écoule-ments compressibles pouvait conduireà des problèmes très différents selonque seul l'écoulement moyen est com-pressible ou que l'écoulement turbulentl'est aussi. Les variations de densitépeuvent aussi être dues soit à la com-pressibilité de l'écoulement soit aumélange de deux gaz aux massesmolaires très différentes. Alors que l'ona pu croire que les effets de compres-sibilité étaient négligeables en dessousde Mach 5, on sait maintenant que letaux d'épanouissement d'une couchede mélange diminue de façon trèsimportante à des nombres de Machtranssoniques et que, pour la couchelimite, beaucoup de modèles de turbu-lence doivent être assez profondémentmodifiés si l'on veut reproduire correc-tement les résultats expérimentaux. Laconférence illustrait la complémentaritéet les interactions entre modélisation,théorie, expériences et simulationsdirectes ainsi que l'ampleur des problè-mes non encore résolus et qui, pour-tant, seraient sans doute essentielspour la conception d'un lanceur réutili-sable à base de « scramjet » (supersta-toréacteur) par exemple.

« Utilisation de la CFD dansl’industrie spatiale à EADS-ST »La dernière conférence de cette jour-née était due à Michel POLLET etPierre BRENNER de EADS SpaceTransportation qui ont montré com-ment, grâce à l'avènement de calcula-teurs de plus en plus puissants et rapi-des, il devenait possible, depuis unedizaine d'années, d'envisager desdimensionnements à l'aide de simula-tions numériques de plus en plus com-plexes et de plus en plus fiables. Denombreux exemples de simulations,réalisées par EADS-ST aux Mureaux,sur des applications industrielles dansle domaine spatial illustraient cette pré-sentation. Les exemples présentéscouvraient tout le domaine de la méca-nique des fluides qu'il s'agisse d'aéro-dynamique interne ou externe, de bas-ses vitesses ou d'écoulement hyperso-nique, d'écoulements continus ou raré-fiés, voire d'écoulements de liquides oude solides : problèmes de séparationd'étages, tirs de missile sous l'eau, sta-

N°2

- F

ÉV

RIE

R 2

00

6

4

LA

VIE

DE

S G

RO

UP

ES

RÉ

GIO

NA

UX

bilité dynamique de la sonde Huygenslors de sa rentrée atmosphérique.L'importance de la validation des outilsutilisés et d'une bonne connaissancede leurs limitations ainsi que de leurdomaine de validité a été abondam-ment évoquée. Une des conclusionsest que les domaines scientifiques cou-verts par la CFD (Computational FluidDynamics) sont si vastes et si nomb-reux qu'il reste illusoire de penser qu'ilexiste des codes généraux capables derésoudre tous les problèmes et l'expé-rience pratique reste à ce jour indispen-sable pour la réussite de ce type desimulations.

Thierry ALZIARY de ROQUEFORT

nEUROnUNE CONFÉRENCE DE YANNICK EMONIN

Près de cinquante participants du grou-pe régional Marseille-Provence ontrépondu à l’invitation de DASSAULTAVIATION, le 18 novembre dernier, pourun tour d’horizon des activités de lasociété et la présentation d’une confé-rence sur les DRONES par Yannick EMO-NIN, responsable du Projet technolo-gique européen nEUROn.

Ce projet consiste à définir, concevoiret construire un modèle probatoire àéchelle 1, un UCAV (Unpiloted CombatAircraft Vehicle), en vue de maîtriserces nouvelles technologies et maintenirun niveau de compétence adapté auxfuturs besoins. C’est un projet à caractère technolo-gique visant à développer un appareilparticulièrement furtif (Infrarouge, acous-tique, radar). Souple d’emploi et, auto-nome, il doit permettre l’interopérabilitéde plusieurs services ou nations. Il estpilotable depuis une station sol avec unopérateur dans la boucle, apte à admet-tre de nouvelles fonctions ou capteurs. Cet appareil doit avoir des capacitésd’emport et de livraison d’armementsavec moyens de contrôle partiellementautomatiques. Basé sur de nouveauxprincipes de coopération internationaleinnovants et à coût réduit, ce projet faitappel, à un constructeur principal, despartenaires industriels européens expé-rimentés et d’excellent niveau dansleurs propres spécialités. Acceptantd’utiliser un moyen informatisé d’aideau développement unique (PLM Tool),ce projet technologique a fait l’objet demultiples concertations entre coopé-rants retenus pour être réalisé dans lesannées à venir avec l’accord des gou-vernements et une délimitation précise

des tâches des coopérants :• l'appareil est défini autour d’un

unique moteur ADOUR. Deux ver-sions seront initialement étudiéesavec aile intégrée ou rapportée ;

• Longueur 10m ; envergure 12.5 m ;• Deux baies d’équipements d’arme-

ment ;• Masse à vide 4500 kg ; masse maxi-

male décollable 6000 kg.Ce projet représente le premier déve-loppement d’un appareil militaire euro-péen, par 5 plates formes (PLM) déve-loppées par DASSAULT SYSTEMES àpartir de bases CATIA et implantées enréseau chez les différents coopérants.Les coopérants et leurs responsabilitéspropres sont actuellement clairementdéfinis :DASSAULT AVIATION (management,architecte industriel, système decontrôle de vol et assemblage final).SAAB, CASA, HAI, RUAG, THALESet ALENIA participent également à cedéveloppement, et tous les coopérantshabituels de ces sociétés y sont égale-ment admis.À l’heure actuelle, les travaux suivantssont terminés :• Choix des définitions essentielles de

la maquette :• Compromis essentiels définitions/

coûts ;• Définition générale des formes de

l’appareil ;

• Identification des risques techniques ;• Définition des itinéraires d’avancées

technologiques (Tech. Road Map).

Le coût de développement du démons-trateur est chiffré à 400 millionsd’Euros. Le Maître d’ouvrage en est laDGA, et le Maître d’œuvre (PrimeContractor) est DASSAULT AVIATION.Les spécialités reconnues des partici-pants sont CASA (Espagne) pour lescomposites, HAI (Grèce) pour lesaérostructures, RUAG (à Emmen enSuisse) pour l’aérodynamique et l’ins-trumentation. En conclusion, le conférencier a insistésur deux points :• nEUROn constituera un laboratoire

volant pour la coopération européennefuture ;

• nEUROn est un banc d’essais sus-ceptible d’ouvrir l’accès au dévelop-pement européen d’appareils nonpilotés, sinon à distance par l’homme.

Depuis la date de cette conférence, leprojet nEUROn, lancé en 2003 est désor-mais engagé. La DGA, agence exécutivepour l’ensemble des partenaires, vientde notifier à Dassault Aviation la maîtri-se d'œuvre du projet, en coopérationavec Thales et les industries des diffé-rents pays partenaires : Saab, Alenia,EADS Casa, HAI, et RUAG Aerospace.Ce marché de 405 millions d’euros per-met de lancer la phase de conception/définition du système pendant troisans, notamment sur les technologies defurtivité, qui sera suivie du développe-ment et de l’assemblage de nEUROnpour un premier vol en 2011.

Fernand d’AMBRA

Lors de la journée d’études AAAF « Mécanique des fluides etEspace », organisée en son honneur, hommage est rendu à ALZIA-RY de ROQUEFORT par Jean BRILLAUD, Directeur de l’ENSMA.

Ingénieur ENSMA de Poitiers en 1959, Docteur de troisième cycle del’Université de Poitiers en 1961 avec une thèse portant sur « Une nouvelleméthode optique de visualisation des écoulements aérodynamiques tridi-

mensionnels »), Thierry ALZIARY de ROQUEFORT est Docteur es Sciences Physiques de l’Université dePoitiers en 1969 (« Contribution à l’Etude de l’interaction et du décollement de la couche limite avec transfert dechaleur en régime supersonique »). Attaché de recherche au CNRS dès 1963, il est nommé Chargé de recherche en 1969 et Professeur à l’Universitéde Poitiers en 1971 puis à l’ENSMA en 1984.Thierry ALZIARY de ROQUEFORT s’est illustré notamment dans les grands projets HERMES, ARIANE 5,Moteurs VULCAIN. Il a contribué à faire du CEAT de Poitiers un haut lieu de recherches sur les écoulements com-pressibles. Ses nombreuses contributions nationales et internationales dans ce domaine font autorité.

Thierry ALZIARY DE ROQUEFORT.

Marseille-Provence

■ La maquette du nEUROn

5

LA

VIE

DE

S G

RO

UP

ES

RÉ

GIO

NA

UX

LA

LE

TT

RE

AA

AF

ExpositionUne exposition de panneaux montraitchronologiquement les évolutionsconjointes de l'industrie spatiale etbalistique en Aquitaine et de la com-mune, des années 60 à nos jours. Cespanneaux, réalisés à partir de photosd'archives « Aérospatiale » et commu-nales et d'articles de presse de 1965,étaient complétés par l’expositiond’une série de maquettes de fusées duprogramme « Pierres précieuses »(Emeraude, Saphir, Diamant) des lan-ceurs Ariane 4 ,Ariane 5, du satellite« Asterix » grandeur réelle, des missilesstratégiques MSBS et SSBS premièresgénérations, du futur Véhicule deTransfert Automatique (ATV) vers laStation Spatiale Internationale ainsi quedu bouclier thermique réel de la sondespatiale « Huygens », réalisé parl'Etablissement d'Aquitaine d'EADS/ST. Un Module « ARD » était égale-ment exposé, lui aussi grandeur réelle etdont l'intégration fut également de laresponsabilité d’EADS /ST/AQ.Une compilation sur DVD d'extraits debandes vidéo, projetée en boucle surgrand écran, permettait au public devoir, entre autres, des séquences du

lancement de Diamant, des extraits d'in-terviews de M. Charles CRISTOFINI, leprésident-fondateur de la SEREB, àl'origine de l'implantation régionale del'industrie spatiale et balistique, et deCharley ATTALI qui fut le Chef duProjet DIAMANT.

Des tirs de micro-fusées, animés parun ingénieur de SNECMA PropulsionSolide eurent lieu lorsque les éclairciesd'un ciel, peu clément, le permirent etattirèrent de nombreux enfants quipurent également s'initier au pilotagesur un banc équipé d'une console« instruments de bord utilisé sur avionou hélicoptère », prêtée par ThalèsAvionnics et mis en œuvre par un ingé-nieur de cette société couplée au logi-ciel « Fligth Simulator ».A l'extérieur, SNECMA PS avait expo-sé, un étage propulsif non actif dénom-mé « Rita 2 » utilisé sur les missilesbalistiques MSBS (M2) et SSBS (S3)de deuxième génération. Un étage pro-pulsif de ce type (RITA 1) moins puis-sant fut utilisé en 2ème étage pour lestrois derniers Diamant Version BP4tirés du Centre Spatial Guyanais deKourou dans les années 1980.

Deux maquettes de l'avion AirbusA380 prêtées par Airbus Industrie etdes maquettes du Rafale et du Falconprêtées par Dassault rappelaient lavocation aéronautique de l'Aquitaine.

ConférencesTrois conférences eurent lieu dans lajournée, qui réunirent jusqu’à 100 par-ticipants :• « La France 3e puissance spatiale. La

genèse d’une formidable réussite»,par Philippe JUNG, président de lacommission Histoire de l'AAAF, quiraconta la réussite exceptionnelledes tirs effectués de 1960 à 1965 auSahara à partir du champ de tird’Hammaguir, qui permirent la réali-sation du lanceur Diamant ;

• « Le secteur balistique et spatial enAquitaine : naissance et développe-ment. 1959-1972 », par Roger PEU-RON, ingénieur au CAEPE ;

• « La Station Spatiale Internationale »par Horst SCHAARSCMIDT, Direc-teur à la division des Astronautes del'ESA

Concours, prix et cadeauxUn concours sur l'Astronautique etl'Espace fut organisé pour les élèvesdes classes de la 6ème à la 3ème dans lescollèges du canton de St-Médard-en-Jalles. Pour les écoles primaires, librecours était laissé à l'imagination desenfants pour réaliser collectivement parclasse, qui un jeu, qui un tableau surl'Espace, l'Astrophysique ou l'Astro-nomie.

La remise des prix présidée par le pré-sident du Groupe régional, YannGUILLOU, également Directeur del'Etablissement d'Aquitaine d'EADS/ST récompensa les 5 meilleures répon-ses au Concours : les lauréats des 1er,2ème et 3ème prix visiteront le site d'inté-gration Ariane 5 à l'Etablissement desMureaux d’EADS/ST et le Musée del'Air et de l'Espace ; voyages offertspar Arianespace et Thales. Ils ont éga-lement eu droit à un choix d'ouvragesde vulgarisation ou historiques traitantde l'aéronautique et de l’espace.

Les plus petits des écoles primairesont reçu des cadeaux offerts par diffé-rentes sociétés aéronautiques : cas-quettes, livres de vulgarisation surl'Espace ou l'Aéronautique, etc.Une maquette au 50ème d'Ariane 4 don-née par Arianespace a été offerte à ladirectrice du Collège de Saint-Aubinpour son action pour éveiller l’intérêtdes jeunes de son établissement pourl'Espace.

Enfin, un repas a clôturé cette journée,réunissant autour de Yann GUILLOU etMichel SCHELLER, des personnalitéspolitiques locales – député, conseillergénéral, maires de Saint-Aubin et descommunes voisines –, les directeurs desentreprises aéronautiques de la région(Thales, SAFRAN, Snecma PS), ainsi queles membres du bureau du GroupeRégional et quelques anciens, acteurs decette première mise sur orbite d’unsatellite français.

Gérard PERINELLE

Bordeaux Sud-OuestIL Y A 40 ANS : « ASTÉRIX », LE 1ER SATELLITE FRANÇAIS SUR ORBITELe Groupe régional AAAF Bordeaux Sud-Ouest a organisé, le 26 novembre 2005 dernier une journée « Portes ouvertes », sur lethème « Espace et Saint-Aubin-de-Médoc : une aventure commune » pour marquer le 40ème anniversaire de la mise sur orbited’Astérix, le premier satellite français.Cette journée, qui a attiré un public nombreux et varié, s'est déroulée dans l’AGORA à EADS Domaine de Villepreux, siège de la« CORPORATE BUSSINESS ACADEMY ».

■ Une vue de l’exposition commémorant le 40ème anniversaire de la mise sur orbited’Astérix

6

ES

PAC

E J

EU

NE

SN

°2 -

FÉ

VR

IER

20

06

Le 56ème Congrès international d’astro-nautique (IAC) de la FédérationInternationale d'Astronautique (IAF), àFukuoka au Japon, du 17 au 21 octobre2005, a rassemblé plusieurs centainesd'étudiants et des milliers de décideursvenant des pays impliqués dans les acti-vités spatiales. A cette occasion, l'IAF organisait une ses-sion dédiée à des travaux présentés pardes étudiants devant un jury internatio-nal, pour l’obtention de prix attribuésdans chacune des deux catégories« under graduate » (écoles et universitésjusqu’au niveau DEA) et « post gradua-te » (étudiants en thèse) (voir LA LETTRE

N°5 – 2005).L’ AAAF a donné l’opportunité à deuxétudiants français, François CHEDEVER-GNE et Nicolas SCHAEFFER, sélectionnéspar un jury souverain d'universitaires etde spécialistes de l’espace (représentantle milieu des écoles, agences, industries,et laboratoires), d'assister à l'ensembledes sessions du Congrès, de participer àcette compétition internationale ainsiqu’au programme « Outreach » organisépar l'Agence spatiale européenne pourde nombreux étudiants européens.François CHEDEVERGNE et NicolasSCHAEFFER, tous deux ingénieursSupaero, spécialistes respectivement enpropulsion/aérodynamique et en méca-nique des systèmes spatiaux, relatent ici,pour LA LETTRE AAAF, leurs impressionsde voyage.

L’IAC est un lieu d’échange extraordi-naire de par le nombre important deprofessionnels et d’étudiants qui s’yretrouvent chaque année. Sélectionnéspar l’AAAF, François CHEDEVERGNEet moi-même faisions partie du groupede 85 étudiants envoyés par l’ESA. J’ai été particulièrement impressionnépar l’énergie déployée par les organi-sateurs de l’ESA pour nous faire vivrepleinement cet événement. En plus dessessions plénières et techniques aux-quelles nous assistions, des interve-nants de haut niveau (le directeur del’ESA, la responsable des programmeséducatifs de la CSA, le responsabledes programmes éducatifs del’ESA…) participaient à des sessionsde questions/réponses réservées auxétudiants. Enfin, une session plénièrenous fut réservée le vendredi durantlaquelle nous exposâmes notre visionpour l’espace d’ici trente ans. La pré-paration se tenait tous les soirs aprèsles sessions : répartis en petits grou-pes d’une dizaine d’étudiants, nous

avions à traiter un aspect particulier dela session ; mon groupe par exemplese posait la question des grandesorientations de l’astronomie et de l’ex-ploration spatiale.

L’IAC est également une chanceunique de rencontrer les acteurs quifont l’industrie spatiale mondiale et denouer des contacts précieux pour safuture carrière professionnelle. J’aiainsi pu discuter avec des cadresd’EADS, du DLR, de SSTL, de SpaceX, de MDA…

Le congrès en lui-même est une sour-ce d’informations impressionnante etqui permet surtout de se documentersur des sujets que l’on ne côtoie pastous les jours dans ses études ou sontravail. J’ai par exemple assisté auxsessions sur l’ascenseur spatial, lespropulseurs du futur et même sur lesimplications des vols sub-orbitaux pourle droit spatial !

Enfin, il ne faut surtout pas oublier lecadre dans lequel se déroule cecongrès, et le Japon est à ce titre unpays si différent de l’Europe qu’il nelaisse personne, et en tout cas pasmoi, indifférent.

Nicolas SCHAEFFER

Suite à notre sélection par l'AAAF pourle concours international étudiant orga-nisé à l'occasion du 56ème congrès IAC,j'ai rejoins avec Nicolas SCHAEFFERle programme étudiant de l'ESA pourpartir au Japon en compagnie d'unedélégation de 85 étudiants. Ce congrès offre un large espace d'ex-pression pour les étudiants envoyéspar les différentes agences spatialesinternationales (ESA, NASA, JAXA,CSA). Ainsi, durant toute la semaine,des forums de discussions ont été misen place afin de permettre aux étu-diants de proposer leur vision du futurspatial.

Quatre grands thèmes étaient propo-sés. Un thème sur le suivi des catas-trophes naturelles avec pour objectifleur contrôle, un autre concernant lesvols habités, traitant à la fois des pos-sibilités de missions longue durée maisaussi du développement du tourismespatial, un troisième sur l'éducationvisant à répondre au problème posépar la baisse des effectifs dans les filiè-res scientifiques (au niveau internatio-nal), en particulier dans les domainesayant trait à l'espace, et un quatrièmeportant sur l'exploration. J'ai pris part aux discussions de ce der-nier thème. Il s'agissait de définir dansles grandes lignes, le développementdes missions d'exploration à l'horizon2030. Pour cela, nous étions aidés par

Le Congrès IAC 2005 à FukuokaPAR NICOLAS SCHAEFFER ET FRANÇOIS CHEDEVERGNE

■ Les étudiants lauréats lors de la cérémonie de remise des prix. De droite à gauche : NicolasBAGGIO, université de Milan : prix du travail en équipe ; une étudiante japonaise : prix dumeilleur papier technique ; Matthis GRUNDWUERMER, Allemagne : premier prix catégorie« undergraduate student » ; une étudiante américaine : premier prix ex-aequo catégorie« undergraduate student » ; Shawn TAYLOR, USA : premier prix catégorie « graduate stu-dent », François CHEDEVERGNE, France : deuxième prix « graduate student » ; cinq officielsdont James V. ZIMMERMAN, président de l’IAF (deuxième en partant de la gauche) et Jean-Michel CONTANT, vice-président de l’AAAF (cinquième en partant de la gauche).

LA

LE

TT

RE

AA

AF

7

LA

VIE

DE

S C

OM

MIS

SIO

NS

TE

CH

NIQ

UE

Sdes experts en la matière. Ainsi,Bernard FOING, Directeur Scientifiquede l'ESA, a participé à nos débats et avalidé les solutions proposées. L'uned'entre elles était la construction d'untélescope de grand diamètre sur laLune pour la recherche d'organismesvivants. L'objectif est de se servir desfuturs véhicules cargo de la NASA(prévus pour 2018) pour le transportdu matériel.

A l'issue de ces réflexions, une « ple-nary session » était organisée, offrant lapossibilité aux étudiants d'exprimerleurs ambitions aux différents profes-sionnels du secteur spatial, une oppor-tunité unique d’interaction directe entreles acteurs d'aujourd'hui et ceux dedemain. Pour appuyer ces échangesentre étudiants des quatre grandesagences spatiales, un accord a étésigné entre les département pour l'é-ducation de l'ESA, NASA, JAXA etCSA, pour la création de l'ISEB(International Space Education Board)dont l'un des objectifs est la formationdes futures ressources humaines pour

les programmes spatiaux à venir. Dans le cadre des différentes sessionstechniques dédiées à une grande varié-té de sujets ayant trait à l'espace, uneconférence étudiante se déroulait surplusieurs jours. Les étudiants sélec-tionnés par chaque pays participantsont eu l'occasion de présenter leurstravaux. Quelques professionnels pré-sidaient à cette session et étaient char-gés d'élire les meilleures contributionsdans deux catégories distinctes : lesétudiants dits « graduate » et ceux «undergraduate ». Les sujets abordés durant cette ses-sion étaient aussi variés que les natio-nalités représentées. A titre d'exemple,les papiers récompensés dans la caté-gorie « graduate students » sont les sui-vants : « Evaluation of material substitu-tion in knitted spring tubes for advan-ced structural seals » (Shawn C. TAY-LOR, Case Western Reserve Uni-versity) à qui le premier prix a étéremis, et mon papier intitulé « A theore-tical approach of thrust oscillations insolid rocket motors » récompensé parun deuxième prix.

Les vainqueurs ont été invités au dînerde gala qui clôture le congrès pour laremise des prix : expérience enrichis-sante pour les chanceux élus qui ont puy rencontrer des acteurs majeurs dudomaine spatial. Ainsi, j'ai eu la chanced'approcher des gens ayant participé àde grandes aventures spatiales.Expérience à la fois excitante et intimi-dante, où le plaisir de se voir convier àde tels événements se mêle à l'incon-fort d'un protocole auquel je ne suispas habitué.

Enfin, je voudrais mettre en avant laqualité d'accueil de nos hôtes japonaisqui a contribué pour une grande part àcelle du congrès. Le Japon est un paysunique, aux coutumes parfois surpre-nantes, mais que j'ai pris plaisir àdécouvrir.

François CHEDEVERGNEMédaille d’argent Hermann Oberth

« graduate student », Fukuoka 2005

Commémoration du premier vol d’un héli-coptère au Musée Océanographique deMonaco

A l'occasion d'une visite de l'AAAF au Musée Océano-graphique de Monaco il y a une dizaine d'années, nous avionsété fort surpris et très circonspects lorsque la conservatricenous avait annoncé que le premier hélicoptère, construit parun certain Maurice LEGER, aurait volé dans l'enceinte duMusée : tous les historiens de l'aéronautique, savent - et pourune fois sans contestation étrangère - que le premier hélicop-tère à avoir décollé, certes sous entraves, fut le complexeBreguet-Richet n° 1 Gyroplane, le 24 août 1907. Il fut suividès le 13 novembre par un envol libre du Paul Cornu, parailleurs le premier hélicoptère à rotors en tandem.

A l'époque, il n'avait même pas été possible de dater préci-sément (1905?) le décollage du Léger, une machine à échel-le réduite à rotors co-axiaux et à moteur déporté, suivi de celuid'un hélicoptère ayant réalisé un unique vol en juin 1907.Or, suite aux au remarquables travaux de Madame CARPINE-LANCRE, un très grand progrès a été réalisé dans la connais-sance des travaux de LEGER : en 1907, ce ne sont donc passeulement deux français qui ont été les pionniers mondiaux del'hélicoptère, mais en fait trois! Une révélation, récemmentofficialisée par la Principauté de Monaco, qui a brillammentcommémoré le 7 décembre dernier le centenaire de l'envoldu « démonstrateur » de 1905.

En exclusivité pour la Lettre AAAF, ainsi que pour CentraleHistoire, voici les premiers détails sur les travaux de MauriceLEGER, Promotion Centrale 1896.

Philippe JUNG, Président de la Commission Histoire de l’AAAF

Maurice LEGER : un pionner de l’HélicoptèrePAR ROBERT SCARLOT

Sous l’égide de l’Aéro-Club de Monaco, avec le concoursdu Musée Océanographique de Monaco, son AltesseSérénissime le Prince ALBERT II a bien voulu assister à lacommémoration du vol d’un hélicoptère en 1/2 grandeureffectué en 1905 au Musée Océanographique alors enconstruction grâce à son trisaïeul, le Prince ALBERT Ier.De nombreuses personnalités étaient présentes le 19décembre 2005 dans la salle même où furent faits lesessais, dont une importante participation de la famille deMaurice LEGER.

Cet hélicoptère, construit par M. Maurice LEGER, élève del’Ecole Centrale, s’est élevé avec une charge de 100 kg,mais sans moteur à bord. Le moteur électrique était en effetà terre et actionnait les rotors contrarotatifs par un axe munide deux cardans. Cet événement a été relaté par Madame CARPINE-LAN-CRE, historienne du Musée Océanographique de Monaco,et par l’exposition iconographique. Mais l’histoire continue. A la suite de ces essais concluants,un hélicoptère en vraie grandeur fut construit dans le MuséeOcéanographique et transporté par chemin de fer auChâteau de Marchais, dans le département de l’Aisne, pro-priété du Prince.

Cette machine, réplique en vraie grandeur de celle fabriquéeen 1905, possédait quatre moteurs à explosion Antoinettecouplés devant délivrer une puissance totale de 100 CV,deux sièges côte à côte et des réservoirs donnant une auto-nomie de deux heures.Plusieurs tentatives furent faites entre 1906 et 1907. La der-nière, le 13 juin 1907, s’est soldée par la destruction de l’ap-pareil, le procès verbal de l’ultime essai faisant état d’un

Commission Histoire : une étonnante découverte

N°2

- F

ÉV

RIE

R 2

00

6

8

LA

VIE

DE

S C

OM

MIS

SIO

NS

TE

CH

NIQ

UE

S

« enlèvement de 80 cm et du renversement de l’appareilaprès son atterrissage ».Ainsi prenait fin, faute de financement, l’aventure aéronau-tique de Maurice LEGER.Les nombreux documents photographiques permettent declasser Maurice LEGER parmi les rares pionniers de l’héli-coptère avec Paul CORNU et Louis BREGUET.

Robert SCARLOT, Vice-Président de l'Aéro-Club de Monaco

Maurice LEGER et ses hélicoptèresPAR JACQUELINE CARPINE-LANCRE

Le souvenir de l’ingénieur Maurice LEGER, de ses hélicop-tères et de leurs liens avec Monaco, n’est jamais tombédans l’oubli en Principauté durant le siècle écoulé. Il n’estdonc pas surprenant que l’Aéro-Club de Monaco, avec leconcours du Musée océanographique, ait décidé de com-mémorer le centenaire d’un épisode important pour l’histoi-re de l’aéronautique.L’exposé présenté à cette occasion et dont ce texte ras-semble les principales données n’est qu’une approche pré-liminaire, appelée à être complétée à l’avenir. Il faut souhai-ter que d’autres archives, d’autres documents de premièremain pourront être localisés, en particulier des plans cotésdes appareils inventés par Maurice LEGER, le journal qu’ila sans doute tenu pour garder trace des travaux, des modi-fications et des essais.

Né à Paris en 1873, Maurice LEGER obtient son diplômed’ingénieur de l’École centrale des arts et manufactures deParis en 1896. Recruté par la Société des bains de mer deMonte-Carlo en qualité d’attaché à l’Inspection généraledes services extérieurs, il semble disposer de loisirs. Dèsfévrier 1901, il dépose à Paris une demande de brevet pourun hélicoptère, puis des demandes analogues dans unedizaine de pays européens.Il résume ainsi l’originalité de son hélicoptère : « Un appareilvolant plus lourd que l’air pouvant se soulever ou se dirigerpar la rotation de deux hélices tournant en sens inverses etprenant leurs réactions rotatives l’une sur l’autre, les ailes deces hélices pouvant être inclinées à volonté pour obtenir desforces ascensionnelles plus ou moins grandes et des vites-ses de montée ou de descente proportionnelles ; enfin lesaxes de rotation de ces hélices pouvant être inclinés dans ladirection du mouvement horizontal à obtenir, ce qui a pourconséquence de permettre le mouvement de translation del’appareil ».L’hélicoptère conçu et breveté, il convient de réunir lesfonds pour le construire. Au début de l’année 1902, LEGERentre en relation avec le docteur Jules RICHARD, directeurdu Musée océanographique de Monaco, et va mettre aupoint plusieurs appareils scientifiques. RICHARD recom-mande très chaleureusement le jeune ingénieur au PrinceALBERT Ier, sans manquer de signaler qu’il a fait breveter unhélicoptère. Ce détail ne peut qu’intéresser le Prince qui, enqualité d’océanographe aussi bien que de souverain, mani-feste son attrait pour les nouvelles technologies.LEGER décide de créer une société civile pour financer sonappareil avec, pour objectif, de construire un appareil endemi-grandeur destiné à prouver la fiabilité du projet, ainsique l’a conseillé Camille BLANC, président du conseil d’ad-ministration de la Société des bains de mer. La Société d’é-tude des hélicoptères Léger est donc établie par acte nota-rié, le 10 juillet 1903 ; son capital est de 25 000 francs etson siège fixé à Monaco. La construction de l’appareil enréduction va durer jusqu’au printemps 1905. Les essais ontlieu au rez-de chaussée du Musée océanographique, dansun local qui deviendra la salle de conférences. L’extérieur duMusée est alors presque terminé, les laboratoires ontaccueilli leurs premiers chercheurs, la bibliothèque ses pre-miers lecteurs ; mais les deux étages supérieurs, réservésau Musée proprement dit, n’ont encore reçu ni mobilier, niaménagements.Le 28 avril 1905, une expérience d’enlèvement de l’hélicop-tère se déroule parfaitement, en présence du PrinceALBERT Ier et de Camille BLANC. Des démonstrations, tou-

■ Le Prince Albert II de MONACO entouré de la famille LEGER, dontl'astrophysicien Alain LEGER à droite, avec sa soeur, dans la sallemême du décollage du modèle Léger 1905

■ L’hélicoptère en 1/2 grandeur dans une salle du Musée océanogra-phique (printemps 1905)

■ L’hélicoptère aux dimensions définitives dans le parc du château deMarchais (20 juin 1906)

LA

LE

TT

RE

AA

AF

9

LE

S É

VÉ

NE

ME

NT

S À

VE

NIR

COLLOQUES NATIONAUX ET INTERNATIONAUXDATE LIEU ORGANISATEUR MANIFESTATION

2006

15-17 mars PARIS SEE COGIS’06 : « COGnitive Systems withEspace Saint-Martin Interactive Sensors »

20-22 mars LYON AAAF 41ème Colloque d’Aérodynamique Appliquée. France www.aaaf.asso.fr « Aérodynamique Interne »

8-10 mai CAMBRIDGE AIAA/CEAS 12th AIAA/CEAS Aeroacoustics ConferenceMassachusetts, USA www.aiaa.org/events/aero

11 mai PALAISEAU AAAF Journée d'Études : « Micro et Nanotechno-Centre de Recherche www.aaaf.asso.fr logies : Applications à l'Aéronautique et à de Thales l’Espace »

7-9 juin SÉVILLE AAAF 3rd AAAF International Conference on Espagne www.aaaf.asso.fr Missile Defence. Challenges in Europe

DATE LIEU MANIFESTATION

2006Les Samedis de l’Histoire (tél : 08 72 18 61 14 ; courriel : philippe.jung3@free.fr)

25 mars Musée de l’Air et de l’Espace « Le drame de l'Italia – Du Norge au Latham 47 » Le Bourget par J.-L. AGUER (AAMA)

24 juin Musée de l’Air et de l’Espace « Santos-Dumont, le premier vol homologué en 1906 »Le Bourget par Sylvain CHAMPONNAIS (AAMA-CREA)

Cannes - Côte d'Azur (tél : 04 92 19 48 08 ; courriel : aaaf.ca@wanadoo.fr)

21 mars CANNES LA BOCCA « Cassini-Huygens, le long voyage Huygens, à 18h00 Auditorium du Spacecamp-Alcatel l’arrivée sur Titan »

16 mai CANNES LA BOCCA L’énergie nucléaire : de la peur à la lucidité Auditorium du Spacecamp-Alcatel une conférence de Pierre MANDRILLON, CNRS

Marseille - Provence (Inscriptions : Mme HAMARD - 04 42 85 72 00)

31 mars AIX EN PROVENCE Assemblée Générale du Groupe Régional Marseille 16h à 22h Mas d’entremont Provence suivi d’une conférence, d’un coktail

et du traditionnel dîner annuel

31 mars AIX EN PROVENCE Les Nanotechnologies, une conférence de Jacques Mas d’Entremont DERRIEN, Directeur des laboratoires de l’ESIL et du

CRM/CN (Centre de Recherche des Matériaux et deNanotechnologie) de l’Université Aix-Marseille

Paris – Ile-de-France (tél : 01 56 64 12 30)

30 mars PARIS « Les Systèmes Propulsifs pour Intercepteurs », CNES une conférence de G. VIGUIER, G. UHRING et J.-F. GUÉRY

16 mai PARIS Conférence d’astrophysique par Roger-Maurice BONNET : à 18h30 Mairie du 5ème arrondissement les progrès considérables accomplis en astrophysique

grâce au téléscope spatial HUBBLE

Toulouse Midi-Pyrénées (tél. : 05 56 16 47 44 ; courriel : aaaftlse@aol.com)

15 mars. TOULOUSE « L'évolution des systèmes de commande de vol »,une conférence, par Dominique CHATRENET, Airbus

C A L E N D R I E R D E S M A N I F E S T A T I O N S

N°2

- F

ÉV

RIE

R 2

00

6

10

LA

VIE

DE

S C

OM

MIS

SIO

NS

TE

CH

NIQ

UE

Sjours réussies, se répètent à plusieurs reprises au mois demai. Les hélices ont été mises en mouvement par le courantélectrique fourni par un moteur électrique placée en dehorsde l’appareil et reliée à celui-ci par un arbre d’un mètre delongueur, terminé à chaque extrémité par une transmission àla Cardan. LEGER décide alors d’éprouver la résistance desmatériaux et charge l’appareil de poids croissants. Dans unelettre adressée le 30 mai au Prince, le docteur RICHARDprécise qu’à trois reprises il a été enlevé dans l’appareil. Latroisième fois, le poids total était de cent kilogrammes, soitle poids du « passager » et d’un lest complémentaire.

Le Prince ALBERT Ier présente ces résultats, nets et pro-bants, dans deux communications à l’Académie des scien-ces de Paris, le 15 mai et le 5 juin 1905. Il y précise, pourles hélices, les dimensions (6,25 m de diamètre et 1,75 mde largeur), le poids (21 kg chacune) et le mode de cons-truction, leur vitesse de rotation et le poids de l’appareil (85kg sans le moteur). La presse spécialisée et générale se faitlargement l’écho de ces exposés.Dès la mi-mai, la décision est prise de mettre en chantierl’hélicoptère en vraie grandeur. Une nouvelle société doitêtre créée, au capital de 86 000 francs, somme considéra-ble pour laquelle LEGER ne parviendra jamais à trouverassez de souscripteurs. Pour résoudre ces problèmes finan-ciers, il nourrit l’espoir de remporter le Grand Prix de l’Aéro-Club de France, créé en 1904 et doté de 50 000 francs parHenri DEUTSCH DE LA MEURTHE et Ernest ARCHDEA-CON (réalisation d’un vol d’un kilomètre en circuit fermé).En fait, LEGER sera contraint d’adresser des demandes desubventions répétées au Prince.La situation est aggravée par l’évidente réticence de laSociété des bains de mer. Celle-ci désire sans doute ne pasrenouveler ce qui s’est passé en 1902 avec SANTOSDUMONT dont les vols en Principauté se sont terminés parle plongeon de son dirigeable dans le port de Monaco. Ellea choisi une option qui va d’ailleurs se révéler une pleineréussite : à partir de 1904, une exposition et des courses decanots automobiles sont organisées chaque année, com-plétées rapidement par des démonstrations d’hydroaéropla-nes, d’hydravions et d’aéroplanes.Malgré ces difficultés budgétaires, LEGER entreprend sansdélai, toujours dans le local du Musée océanographique, laconstruction de l’appareil aux dimensions définitives. Lepoids prévu est de 800 kilos (il dépassera 920 kilos), le dia-mètre des hélices de 13 m et la puissance des moteurs de100 chevaux. Pour réduire les délais et accroître ses chancesde gagner le Grand Prix, LEGER renonce à construire lesmoteurs de son appareil. En juin, il commande à Léon LEVA-VASSEUR quatre moteurs Antoinette à livrer dans un délai dequatre mois ; chaque moteur doit peser au maximum 36 kiloset développer une puissance de 24 chevaux. Les moteursarriveront à Monaco avec cinq mois de retard, leur poidsexcèdera de dix kilos ce qui était prévu tandis que leur puis-sance sera inférieure de sept chevaux à ce qui avait étédemandé ! Néanmoins, en mai 1906, les moteurs tournentsans provoquer de vibrations ni de trépidations.Il faut poursuivre les essais à l’air libre ; ils auront lieu dansla propriété du Prince à Marchais, dans le département del’Aisne. Le transfert se fait par chemin de fer, l’hélicoptèreest installé dans le parc du château, simplement protégé pardes bâches. Il semble qu’une courte période suffira poureffectuer les ultimes mises au point et concourir pour le prixde l’Aéroclub de France que visent bien d’autres concur-rents, en particulier deux Suisses, les frères DUFAUX, et unofficier français, le capitaine FERBER.Le 20 juin 1906, l’appareil est présenté au Prince ALBERTIer et au Prince LOUIS de Monaco. Une dizaine de collabo-

rateurs scientifiques et civils du Prince ALBERT assistentaussi à la démonstration. Celle-ci tourne court : une pièce duchâssis cède dès que deux moteurs sont mis en marche ; lesdeux pales de l’hélice inférieure sont endommagées et legouvernail brisé.

Pendant une année, LEGER va déployer sa compétence etson ingéniosité pour corriger les défauts des moteurs, accroî-tre leur puissance, améliorer les « roulettes », le système decarburation, réparer les pièces éprouvées par un séjour pro-longé en plein air. L’appareil semble au point à la fin de l’an-née lorsque, le 26 décembre, une violente tempête le renver-se et l’endommage. Une nouvelle série de réparations et deperfectionnements commence, entrecoupée d’essais de plusen plus encourageants : l’appareil se soulève de dix, puistrente centimètres.Au début de juin 1907, LEGER croit tenir la victoire. Le13 juin, dans l’après-midi, le contremaître s’installe aux com-mandes ; les moteurs sont mis en marche et poussés pro-gressivement. Lorsqu’ils donnent presque toute leur puis-sance, l’appareil s’enlève jusqu’à une hauteur de 80 centi-mètres. Le conducteur modère les moteurs, l’appareil sepose doucement après une ascension de quinze secondes.Mais un peu de vent imprime un certain élan latéral à l’ap-pareil qui, redescendu à terre, ne peut pas rouler librementdans l’herbe ; le train d’atterrissage est immobilisé pendantque le haut de l’appareil continue son mouvement.L’hélicoptère se renverse et se brise.L’aventure de l’hélicoptère LEGER se termine ainsi.L’ingénieur a englouti toute sa fortune personnelle dans l’en-treprise ; il doit faire face à des dettes considérables. Ildonne sa démission à la Société des bains de mer. Sa car-rière se poursuit de façon banale dans une société belge dechaudières à vapeur, puis une société française d’appareilsde levage. Pendant la première Guerre mondiale, il sert enqualité d’officier dans plusieurs régiments d’artillerie. Retiréà Belle-Ile-en-Mer, il y décède le 27 juillet 1948.

Maurice LEGER s’était engagé avec enthousiasme et com-pétence dans ce domaine de l’aviation qui le passionnait. Lepatronage scientifique et l’appui financier du Prince ALBERTIer lui ont été acquis aussi longtemps qu’il était possible de lefaire. Tout un concours de circonstances lui ont été préjudi-ciables : la réticence de la Société des bains de mer, la four-niture de moteurs non conformes à la commande, des condi-tions météorologiques défavorables. Pour autant, la contribu-tion de Maurice LEGER aux progrès de l’aéronautique n’apas été négligeable. Monaco, où se sont déroulés ses pre-miers essais, se devait de les commémorer.

Jacqueline CARPINE-LANCREvice-présidente de la Commission d’histoire de l’océanographie

Union internationale d’histoire et de philosophie des sciences

Monaco, 7 décembre 2005

La Commission Histoire de l’AAAF, en collaboration avec l'Aéro-Club de Monaco, aprévu de commémorer l'envol de LEGER en 1907 en organisant en 2007 un colloquehistorique international à Monaco, qui s'intégrera dans les manifestations de la coor-dination nationale « 100 ans d'hélicoptère 1907-2007 », dont l’AAAF est évidemmentpartie prenante, avec son Président et sa Commission Hélicoptère.

« 100 ANS D'HÉLICOPTÈRE 1907-2007 » ET L’ENVOL DE LEGER EN 1907

LA

LE

TT

RE

AA

AF

11

DO

SS

IER

DE

SC

IEN

CE

IntroductionLe vol battu des oiseaux présente descaractéristiques différentes selon lesespèces, et pour une même espèce,selon les régimes ou phases du vol.

BATTEMENTS LENTS ET BATTEMENTS RAPIDES Selon les espèces, il faut distinguer levol à battement lent (aigle, vautour,faucon crécelle, martin pêcheur, goé-land, sterne, cygne, héron, flamant,etc.) et le vol à battement rapide (mar-tinet, hirondelle, gallinacés).Selon les phases du vol, l’oiseaueffectue des battements à des fré-quences différentes. Ils sont plus pré-cipités à l’essor qu’en vol horizontalpermanent. C’est ainsi que le pigeondécolle en battant des ailes 8 fois parseconde et réduit sa fréquence debattements à 5 par seconde en volhorizontal. De même, le martinet noirmodifie sa fréquence de battementsselon son allure qui peut varier de22 km/h en « plané » (avec, en fait,des battements lents de faible amplitu-de) à 60 km/h en « chasse » et à200 km/h en « pointe » sur de trèscourtes distances.Lors du vol à battement lent pendantune longue période, l’oiseau allonge lecou droit devant lui et tient ses pattesà l’horizontale dans le prolongementvers l’arrière (cigogne, grue cendrée,flamant). Cette disposition est avanta-geuse pour la traînée aérodynamique,elle présente aussi de l’intérêt pour l’é-quilibrage en tangage (voir le paragra-phe sur les « Qualités de vol »).

VARIATIONS D’INCIDENCE DES PROFILS DES AILESAu cours du vol battu, l’oiseau doit,pour assurer sa sustentation et sa pro-pulsion, communiquer à l’air une quan-tité de mouvement vers le bas et versl’arrière.Ce mouvement communiqué à l’aircomporte :– une phase instationnaire durant

laquelle l’incidence des profils desailes varie ;

– une phase stationnaire pendantlaquelle cette incidence reste cons-tante.

Le vol battu peut, selon les espèces,et, pour la même espèce, selon lesphases du vol, s’effectuer sans ouavec variation importante d’incidence.En vol horizontal, à grande vitesse,l'oiseau effectue des battements à fai-ble amplitude, sans grande variationd'incidence, alors qu'à faible vitesse,les battements, de grande amplitude,présentent de grandes variations d'in-cidence.

Les sillages d’oiseaux

PORTANCE ET TOURBILLONSAUTOUR D’UN PROFIL D’AILED’après les travaux de Wilhem KUTTA(1867-1944) et Nikolai JOUKOWSKI(1847-1921), la portance d’un profild’aile peut être interprétée comme uneforce résultant de la superposition del’écoulement principal non visqueuxautour du profil et d’un tourbillon « lié »au profil, tournant autour de celui-ci.Pour un profil d’aile mis en mouve-ment à partir du repos (pas de tour-billon au départ), on observe l’appari-tion au bord de fuite d’un tourbillon« libre », de démarrage. La conserva-tion du tourbillon (théorème deHelmholtz) implique l’existence, autour

du profil, d’un tourbillon « lié », respon-sable de la portance du profil, d’inten-sité opposée à celle du tourbillon dedémarrage, (figure 7).

Dans le cas d’une aile d’envergurefinie, les lignes tourbillonnaires engen-drées par l’écoulement doivent serefermer (autre théorème deHelmholtz), les tourbillons « lié » et« libre » sont liés par deux tourbillonsmarginaux responsables de la traînéeinduite (figure 8).Dans le cas d’écoulements réels, laviscosité de l’air est à l’origine de laformation du tourbillon « lié », consti-tué en réalité de tous les tourbillonsrésultant de la variation rapide de lavitesse (nulle à la paroi) dans l’écoule-ment cisaillé qui se développe dans lamince « couche limite » qui se déve-loppe à la surface de l’aile.

Le Vol Animal et l’Aéronautique PAR JEAN CARPENTIER

Nous continuons la publication de la série d’articles sur « Le vol animal et l’aéronautique » par Jean CARPENTIER. Après l’analy-se du vol plané des oiseaux à l’origine des réalisations aéronautiques humaines, celle du vol battu des oiseaux qui fait l’objet decette deuxième partie révèle « les capacités de manœuvre exceptionnelles qui de tout temps ont attiré l’attention de l’hommeet l’ont enthousiasmé ».

IIÈME PARTIE : LE VOL BATTU DES OISEAUX

■ Fig. 7 – Tourbillon de démarrage, derrièreun profil d’aile mis en mouvement à partir durepos

■ Structure tourbillonnaire derrière une plaque plane carrée, en incidence, mise en mouve-ment de façon impulsive (simulation directe par résolution des équations de Navier-Stokes.Onera). Le tourbillon de démarrage qui s’éloigne de l’ « aile » est relié au tourbillon « lié » à laplaque par deux tourbillons d’ « extrémité d’aile ».

12

DO

SS

IER

DE

SC

IEN

CE

N°2

- F

ÉV

RIE

R 2

00

6

PORTANCE, CIRCULATION ET MODÈLES DE SILLAGES D’OISEAUXL’intensité du tourbillon « lié » d’un pro-fil peut être évaluée en calculant la« circulation » Γ autour de ce profil(intégrale du vecteur vitesse suivant uncontour entourant le profil). La portan-ce FZ d’un profil mince est ainsi direc-tement proportionnelle à la masse spé-cifique de l’air ρ, à Γ et à la vitesse Vdu profil dans l’air au repos (théorèmede Kutta – Joukowski) :

FZ = ρ V Γ

Tous les sillages d'oiseaux semblentpouvoir être décrits par deux modèles :– un modèle à circulation constante,

avec tourbillons continus d'extrémi-tés d'ailes, représentant bien les volsà vitesse élevée, sans changementimportant d'incidence ;

– un modèle à circulation fortementvariable au cours des battements,avec une série de tourbillons trans-versaux, reliés périodiquement auxtourbillons d'extrémités. Ce type demodèle est représentatif des vols àfaible vitesse qui s'accompagnent degrandes variations d'incidence aucours des battements, qu'il s'agissede vols rectilignes ou de manœuvres.

Les vols à vitesse moyenne peuventêtre représentés par des modèles àstructure intermédiaire.

MODÈLE DE VOL À CIRCULATIONCONSTANTE

Caractéristiques du vol de croisièreD’une façon générale, le vol battu,sans changement important d’inciden-ce, à circulation constante, présentede fortes ressemblances avec le volplané. Les oiseaux le pratiquent pourles vols de croisière durant lesquelsl’association du vol battu, à circulationconstante, et du vol plané est souventtrès bénéfique, du point de vue de laconsommation d’énergie.

Le sillage d’un faucon crécerelle en volrapide, par exemple, consiste simple-ment en une paire de tourbillons d’ex-trémité d’ailes (grossis par les filets debord de fuite le long de l’envergure). Iln’y a pas de tourbillon de sillage trans-verse. Les ailes restent constamment char-gées, à l’exception des rémiges primai-res qui sont déployées pendant l’abais-sée et repliées vers l’arrière pendant laremontée. Autour des rémiges secon-daires, la circulation est la même à l’a-baissée qu’à la remontée, ce qui main-tient la portance aérodynamique aucours de cette dernière. Ce sont là les caractéristiques essen-tielles du vol de croisière de nombreu-

ses espèces, avec des battements defaible amplitude.

Structure tourbillonnaireLa structure tourbillonnaire derrièrel’oiseau est constituée d’une paire detourbillons qui, périodiquement, se rap-prochent, puis s’écartent (l’abaisséese faisant avec une envergure plusgrande ; voir figure 9). Pour accélérer, l’oiseau accentue soneffort lors de l’abaissée. Il en résultedes variations légères de circulation,donnant naissance à des tourbillonstransverses de faible amplitude.

Modèle de vol à circulationvariable

VOL À ÉVOLUTIONS RAPIDESLors de vols comportant des grandsdénivelés ou des évolutions rapides,comme ceux des pigeons des villes,des oiseaux dans les champs ou en bor-dure de mer, l’aérodynamique au coursde la remontée des ailes est très diffé-rente de celle au cours de l’abaissée. A l’abaissée, les ailes sont totalementdéployées et présentent une incidenceélevée ; à la remontée, les ailes sont

« mises en drapeau », c’est-à-dire àincidence nulle (ou très faible). La sustentation provient essentielle-ment du battement des ailes vers lebas (abaissée), qui engendre une cir-culation créant la portance. En fin d’a-baissée, la circulation s’annule, ellereste nulle (ou très faible) pendant laremontée. Chaque battement vers lebas engendre ainsi un tourbillon trans-verse qui s’échappe dans le sillage,rejoint les tourbillons d’extrémités etforme avec eux un anneau tourbillon-naire quasi-circulaire (figure 10). Levol se caractérise donc par un sillage

comportant une série d’anneaux tour-billonnaires dont chacun s'échappe,avec une périodicité égale à celle dubattement des ailes. Ceci a été obser-vé pour les petits passereaux, lespigeons à faible vitesse et les choucas.

Vol battu à l’horizontaleAu cours du vol battu à l'horizontale, lapropulsion est assurée :– d’une part, par la composante hori-

zontale de la portance aérodyna-mique lors de l’abaissée (au cours decelle-ci, les extrémités d'ailes sont

■ Fig. 9 – Sillage d’un oiseau en vol de croisière à circulation constante et à envergure variable

■ Fig. 8 – Sillage tourbillonnaire d’une aile d’envergure finie. (1) : tourbillon lié ; (2) : tourbillon dedémarrage ; (3) tourbillons marginaux d’extrémité d’aile

13

DO

SS

IER

DE

SC

IEN

CE

LA

LE

TT

RE

AA

AF

animées d'une grande vitesse verti-cale descendante, qui composéeavec la vitesse d'avancement de l'oi-seau, engendre une inclinaison de laportance aérodynamique vers l'avant,d'où une composante horizontale quicontribue à la propulsion) ;

– d’autre part, par le mouvement d’a-vant en arrière des extrémités d’ailes,lors de la remontée.

Globalement, c'est la partie interne desailes (rémiges secondaires et tertiaires)

qui assure l'essentiel de la sustenta-tion, alors que c'est la partie externe(rémiges primaires) qui assure l'essen-tiel de la propulsion.

Amplitude, fréquen-ce et incidenceD'une façon générale,la fréquence de batte-ment est plus faiblepour les espèces degrande taille que pour

celles de petite taille. Elle augmenteavec la charge alaire des espèces.La durée de la remontée des ailes estplus courte lors des manœuvres(décollage, accélérations, virages,atterrissage) que lors du vol normald’avancement.La fréquence, l'amplitude et l'incidencesont plus grandes en vol lent ainsi quele rapport de durée de l’abaissée àcelle de la remontée, variable selon lesespèces (voisin de 1 pour les oiseauxde grande envergure tels que les alba-tros pour lesquels il est de 1,06, il estde 1,4 pour les vautours). D'autre part,le vol en altitude s’effectue avec unefréquence de battement plus faiblequ’au voisinage du sol, mais avec uneamplitude de battement plus grande.

Puissance fournie et métabolisme

PUISSANCE NÉCESSAIRE AU VOL BATTUComme pour le vol plané, le vol battuexige une puissance mécanique pourvaincre la traînée aérodynamique dontles deux principales composantessont, aux vitesses de vol des oiseaux,la traînée de frottement et la traînéeinduite. Pour le vol plané, ces deuxcomposantes ne dépendent que de lavitesse d’avancement (voir le § sur lesperformances des oiseaux en volplané. LA LETTRE N°10-2005), pour levol battu, elles dépendent aussi de lafréquence et de l’amplitude du batte-ment des ailes.Pour le vol battu, il existe un optimumde fréquence du battement des ailespour lequel la puissance nécessairepasse par un minimum. Cet optimumrésulte, non seulement des phénomè-nes aérodynamiques, mais aussi despropriétés énergétiques du systèmemusculaire des oiseaux.Le vol animal n’est cependant pas seu-lement conditionné par des considéra-tions aérodynamiques liées à la portan-ce, la traînée, la poussée, l’énergienécessaire. Les possibilités musculai-res aux différentes allures sont évidem-ment prises en compte. Il y a, en per-manence, interaction entre les facultésaérodynamiques des ailes et les possi-bilités énergétiques des muscles alai-res. Dans certains cas, et pour despériodes brèves, l’animal volant adopte

des allures aérodyna-miques peu efficaces,de façon à optimiser sesperformances musculai-res. Elles sont cepen-dant inexploitables pourles vols de longue durée,et notamment pour lesmigrations.

LE VOL BATTU DU PIGEON A L’ESSOR

■ Phases successives du déploiement des ailes d’un pigeon, à l’essor (d’après unechronophotographie de Etienne Jules Marey)1) les ailes sont entièrement relevées et complètement étendues ; elles se touchentlégèrement sur leur face dorsale2) amorce de l’abaissée avec un appui vigoureux sur l’air, rémiges jointes3) au cours de l’abaissée, les ailes se portent vers l’avant ; la résistance de l’air exerceune flexion sur les rémiges primaires des ailes4) fin de l’abaissée : les ailes sont encore plus avancées5) amorce de la remontée : les « bras » s’élèvent en se rapprochant, les intrados sonten vis-à-vis, les extrémités peuvent se toucher6) au cours de la remontée ; les « poignets » pivotent sur eux-mêmes maintenant les« mains » vers le bas ; les rémiges primaires sont écartées, disposées « en persienne »7) les avant-bras sont déjà remontés, les mains se relèvent, contribuant à la propul-sion, les rémiges primaires sont encore écartées8) fin de la remontée : la main est complètement relevée, les rémiges se rejoignent

Pour réduire la déportance lors du mouvement des ailes vers le haut, les rémiges tertiaires (plumes de la partie cen-trale des ailes) s’écartent pour ne pas créer d’obstacle à l’écoulement de l’air.Les parties proches des extrémités, constituent des dispositifs à fentes multiples qui peuvent créer une portance éle-vée à grande incidence : il n’y a pas de décrochage aérodynamique pendant le vol battu.

■ Fig. 10 – Anneaux tourbillonnaires du sillage d’un oiseau au décollage, en vol battu avec circu-lation oscillante

« Dans certains cas, etpour des périodes brè-ves, l’animal volantadopte des allures aéro-dynamiques peu effica-ces, de façon à optimiserses performances mus-culaires »

14

DO

SS

IER

DE

SC

IEN

CE

N°2

- F

ÉV

RIE

R 2

00

6

UNE OPTIMISATION GLOBALE DES CONFIGURATIONS ET DES ALLURESLe choix de la configuration et de l’allu-re résulte de la prise en compte, parl’oiseau, de très nombreux facteurs quiassure, de façon naturelle et instincti-ve, une optimisation globale orientéevers la mission à remplir. Celle-ci diffère selon qu'il s'agit :– de se nourrir, en se déplaçant rapi-dement au milieu d’obstacles variés ;– de détecter, en vol plané lent, une

proie à plus basse altitude et de fon-dre sur elle à grande vitesse commele font les aigles, les vautours, ou lesbuses ;

– d’effectuer un vol migratoire à trèsgrande distance, en consommant leminimum de sucres lents et dematières grasses. L’optimisationconcerne, dans ce cas, non seule-ment l’allure du vol, mais aussi le tra-jet parcouru et la préparation avantle départ, indispensable pour fairele plein de nourriture qui conditionnela distance franchissable.

On estime à 100 W/kg de muscle lapuissance musculaire des oiseaux. Sil’on admet qu’en moyenne les musclesdes ailes représentent 20 % de lamasse du corps de l’oiseau, on peutévaluer à 20 W/kg (2 W/N) la puissan-ce spécifique moyenne des oiseaux.En pratique, l’oiseau peut fournir unepuissance très variable selon son allu-re. Le martinet n’a besoin, pour le vol à8 m/s, (où, en l'absence de batte-ments, la vitesse verticale de descenteen plané serait de 0,7 m/s), que de0,7 W/N. En vol de longue durée, ilpeut fournir 2 W/N. Il dispose doncd’une réserve de 1,3 W/N qui lui per-met de s’élever à 1,3 m/s. Pendantquelques secondes, le martinet peutfournir 8 W/N ce qui lui permet desvitesses ascensionnelles très élevées(7,3 m/s). D’autre part, la puissancemoyenne de 2 W/N permet au martinetde voler à la finesse 10, à 20 m/s. Avec4 W/N à la finesse 7, il peut atteindre28 m/s (100 km/h).

PUISSANCE MUSCULAIRE LIMITE FOURNIEDu fait de la croissance de la chargealaire avec le poids de l’oiseau, il existeune valeur limite de la puissance quepeuvent fournir les muscles des ailes.Pour une puissance spécifique moyennede 2 W/N qui correspond à une vitessede descente de 2 m/s et à la vitessehorizontale de 24 m/s pour une finesseégale à 12, la charge alaire est de220 N/m2. D’après la relation entre char-ge alaire et masse, ceci correspond àune masse de l’ordre de 10 kg.L’albatros pèlerin (masse d'environ

9 kg) est voisin de cette limite. Du faitde ses ailes très étroites (allongement19), doté d’une grande finesse (f = 20),il est ainsi beaucoup plus apte au volplané qu’au vol battu (vitesse de des-cente 0,8 m/s pour une vitesse hori-zontale de 16 m/s).

Les grandes migrations

Les oiseaux migrateurs effectuent,deux fois par an, de très longs trajetsqui suscitent l’admiration à bien deségards. Leur sens de l’orientation etleur précision de navigation, sont tou-jours sujets d’émerveillement. Nousétudierons ici plus particulièrement lesconséquences de l’aérodynamique desoiseaux migrateurs sur l’énergie néces-saire à ces vols de très longue durée.

LES STRATÉGIESTout d’abord, il s’avère que chaqueespèce d’oiseau a sa stratégie propre,de façon à tirer le meilleur parti de lagéographie et de la météorologie.C’est ainsi que les bécasses duGroenland partent hiverner en Ecosseen utilisant des vents d’ouest en altitu-de. Au printemps, elles retournent auGroenland en volant au ras des vaguespour bénéficier du vent de surface duSud-Est.

D’autre part, les petits oiseaux euro-péens (hirondelles, bergeronnettes,etc) qui hivernent en Afrique traversent,deux fois par an, la Méditerranée et leSahara. Leur parcours, effectué en volbattu sur plus de 2000 km, exige uneénergie très importante qu’il faut stoc-ker au départ, dans un corps de petitetaille. Ces oiseaux arrivent souventtotalement épuisés. En cas de ventscontraires et de conditions climatiquesdéfavorables, ils périssent en mer oudans le désert. Les espèces de grandetaille, telles que les cigognes, attei-gnent les mêmes régions, d'Afriquetropicale ou équatoriale, en contour-nant la Méditerranée. Ces oiseaux, àailes de grande envergure, peuventainsi exploiter les ascendances ther-miques au-dessus des terres, en volplané beaucoup plus économique quele vol battu.

Les oiseaux pélagiques (de haute mer)effectuent des trajets encore pluslongs. Certains d’entre eux partent descôtes d’Amérique du Nord pour hiver-ner en Amérique du Sud, au termed’un trajet de 8000 km. Ils se gorgentde nourriture avant de partir, mais celane suffirait pas pour un vol sans arrêt.Aussi les oiseaux de Californie longent-ils les côtes et se nourrissent-ils de cre-

vettes et d’autres petits animaux marinspour prolonger leur vol jusqu’au Chili.Ces oiseaux ont une finesse aérodyna-mique de l’ordre de 10 à leur vitessed’avancement optimale de 10 m/s. Lavitesse de descente (1 m/s) en planéne peut être compensée par desascendances thermiques, rares aularge, mais les oiseaux peuvent, le longdes côtes, bénéficier des ascendancesorographiques quand le vent souffle dela mer vers la terre.

LES DISTANCES FRANCHISSABLESIl est intéressant de calculer, à partirdes réserves énergétiques, la distancefranchissable des oiseaux migrateurs,en l’absence de vent arrière, d’ascen-dances, de ravitaillement, en vol (insec-tes) ou à la surface de la mer (petitsanimaux marins).Si l’on admet que pendant tout le vol, lavitesse V et la finesse f restent cons-tantes, l’énergie mécanique que l’oi-seau doit fournir pour vaincre la résis-tance aérodynamique est :

W = Gm V T / f = Gm D/f

Gm étant le poids moyen au cours duvol, T la durée du vol et D la distanceparcourue.

La bergeronnette a une masse norma-le de 20 g (dont 5 g de réserve degraisse). Au départ d’une grandemigration, s’étant gorgée de nourriture,elle acquiert une masse au départ de30 g, dont 15 g de réserve de graisse.Ces 15 g de réserve ont, à raison de32 kJ/g, une valeur énergétique de480 kJ. Si l’on admet, comme Tenne-kes, un rendement mécanique de25%, l’énergie disponible pour vaincrela traînée aérodynamique est 120 kJ.En volant avec une finesse f = 4, la ber-geronnette peut donc parcourir unedistance maximale D de 2000 km.

LES VOLS EN FORMATIONLors des grandes migrations, le vol desoiseaux varie selon les espèces :

– les petits oiseaux (martinets, hiron-delles, bergeronnettes) volent à 50km/h environ, à des altitudes voisinesde 300 m ;

– les rapaces volent à 1000 m environ,à la vitesse de 50 à 60 km/h ;

– les canards et oies sauvages volentvers 500 m d’altitude, à une vitessede 80 km/h.

Les grues, oies, pélicans, cygneseffectuent leurs vols migratoires ens’organisant par bandes disposées en

15

DO

SS

IER

DE

SC

IEN

CE

LA

LE

TT

RE

AA

AF

V. Cette disposition est avantageuse dupoint de vue de la consommation d’é-nergie, car elle permet aux suiveurs debénéficier de la partie ascendante destourbillons d’extrémité d’ailes créés parles oiseaux qui les précèdent. L’oiseaude tête, qui se fatigue le plus, est pério-diquement relayé. Cette disposition devol semble particulière aux oiseaux degrande taille pour lesquels l’effet destourbillons d’extrémité est plus ample,relativement aux autres effets aérodyna-miques, que pour les oiseaux de petitetaille. Cette disposition en V est utiliséenotamment par les oies du Canada,volant en grandes formations, à unevitesse de l'ordre de 16 m/s, avec lerelais fréquent de l'oiseau de tête.

L'économie d'énergie, en ce quiconcerne les oiseaux suiveurs, seraitmaximale lors des vols, en formation, àfaible vitesse et pourrait atteindre 35%dans ce cas.

Les qualités de vol des oiseaux

ESSOR À LA VERTICALE ET VOLSTATIONNAIRE Lorsque les oiseaux prennent un essorvertical ou quasi-vertical, comme le fontpigeons et canards, ils doivent fournirmomentanément un effort très impor-tant, d’autant plus grand que leur char-ge alaire est plus élevée. Le départ à laverticale – souvent exigé par la présen-ce d’obstacles tels que des herbes hau-tes pour les canards sauvages ou parles murs des rues étroites pour lepigeon - doit être rapidement suivi d’unvol d’avancement à forte composante Le vol stationnaire n’est possible quepour les très petits oiseaux et pour les

insectes. La masse maximale pouvantêtre sustentée en vol stationnaire est del’ordre de 20 grammes – à comparer àla masse maximale de 15 kg pour lesoiseaux en vol d’avancement.

STABILITÉ ET MANOEUVRABILITÉLONGITUDINALESAu cours de leur vol d’avancement, lesoiseaux n’utilisent pas l’action stabilisa-trice des surfaces aérodynamiquespostérieures. En effet, lors du vol rapi-de, les plumes de queue des oiseauxne sont pas déployées, elles sont ras-semblées en un mince fuseau non por-tant (les oiseaux ne déploient largementleurs plumes de queue que pour certai-nes manœuvres, notamment pourl’atterrissage).

Cela a pour conséquence un manquede stabilité longitudinale et une grandemanœuvrabilité. La stabilité est obte-nue par contrôle actif du centre de por-tance. Il est intéressant de rapprochercette caractéristique des oiseaux decelle de nombreux avions modernes,où le manque de stabilité longitudinale(ou, tout au moins, la très faible stabili-té) qui est recherché pour augmenter lamanœuvrabilité des avions de combatou pour réduire la traînée et diminuer lepoids des structures des avions detransport, est compensé par des dispo-sitifs électroniques apportant une stabi-lisation artificielle par l’intermédiairedes commandes de vol électriques.Il existe en outre, chez les oiseaux (ainsique chez les chauves-souris et mêmechez certains insectes) un autre facteurde stabilité, il s’agit de l’effet pendulai-re dû au fait que le centre de pressionest au dessus du centre de gravité, à lamanière des avions monoplans à ailehaute.

Pour effectuer une manœuvre brusque,l’oiseau déploie rapidement ses plumescaudales pour créer un moment de tan-gage. Les plumes caudales sont égale-ment déployées à l’essor, durant le vollent et à l’atterrissage.

A la différence des avions pour les-quels le déplacement horizontal ducentre de pression ne peut s’effectuerrapidement, les oiseaux peuvent enmodifier la position quasi-instantané-ment. En portant les ailes vers l’arrièrel’oiseau fait reculer le centre de pres-sion. Il en résulte un moment de tanga-ge qui diminue l’incidence : ainsi pouraccroître sa vitesse, en vol horizontal,l’oiseau porte ses ailes vers l’arrière enmême temps qu’il accélère le batte-ment. Au contraire, en vol lent, les ailessont, en position moyenne, portéesvers l’avant.

La stabilité en tangage des oiseaux estdavantage d’origine neuromotrice, paraction sur l’attitude et la cambrure de l’ai-le, que d’origine purement géométrique. La commande des mouvements desailes est effectuée, en ce qui concernela stabilité longitudinale, par les canauxsemi-circulaires de l’oreille interne,aussi bien chez les oiseaux que chezles chauves-souris et en général chezles vertébrés. Pour les manœuvres, leschauves-souris bénéficient, en outre,des signaux d’écholocation.

STABILITÉ ET MANŒUVRABILITÉTRANSVERSALESPour effectuer des virages, les oiseauxutilisent leurs ailes pour contrôler oucommander l’inclinaison en roulis : l’oi-seau initie un virage à droite en faisantpivoter son poignet droit de façon àréduire l’incidence de l’extrémité del’aile droite. Pour effectuer un virageplus accentué, c’est toute l’aile quipivote par une rotation au niveau de l’é-paule. Lorsque l’angle de roulis vouluest atteint, la torsion de l’aile est annu-lée, le mouvement en roulis est stoppédu fait du fort couple d’amortissementen roulis. Une action antisymétrique estexercée sur l’aile gauche.

UNE GRANDE ÉCONOMIE DE MOYENSAinsi, les remarquables qualités de voldes oiseaux sont obtenues avec unenotable économie de moyens :

– absence d’« empennage vertical » : lecouple de lacet qui, sur les avions, estcréé par l’empennage vertical et lagouverne de direction pour annuler ledérapage, est, chez les oiseaux, obte-nu directement par la poussée différen-tielle des ailes ;

■ Vol en formation. Le vol en formation aurait une vitesse optimale plus faible que le vol soli-taire, mais serait beaucoup plus économique.

N°2

- F

ÉV

RIE

R 2

00

6

16

DO

SS

IER

DE

SC

IEN

CE

– plumes caudales à géométrie variablepour assurer la manœuvrabilité en tan-gage plutôt que pour garantir la stabilité. Ces qualités de vol sont aussi bonnesaux faibles vitesses qu’aux grandesvitesses. D’instinct, l’oiseau adapte saconfiguration et ses manœuvres à lasituation extérieure et à la « mission »qu’il veut effectuer. Plus encore que parses possibilités en vol stabilisé, c’estpar ses capacités de manœuvres que,de tout temps, l’oiseau a attiré l’attentionde l’homme et l’a enthousiasmé.

Jean CARPENTIER

A suivre. Article suivant : Le vol des insectes.

LA LETTRE AAAFÉditeur : Association Aéronautique etAstronautique de France, AAAF – 6, rue Galilée, 75016 ParisTél : 01 56 64 12 30 • Fax : 01 56 64 12 31 secr.exe@aaaf.asso.fr • www.aaaf.asso.frDirecteur de la publication : Michel SCHELLERRédacteur en chef : Khoa DANG-TRANComité de rédaction : Michel de la BURGADE,Philippe JUNG, Georges MEAUZE, Jean TENSIRédaction : Tél : 01 46 73 37 80 ; Fax : 0146 73 41 72 ; E-mail : lettre@aaaf.asso.fr

Ont notamment collaboré à ce numéro : Thierry ALZIARY de ROQUEFORT, Jean CARPENTIER, Jacqueline CARPINE-LANCRE, François CHEDEVERGNE, Philippe JUNG, Gérard PERINELLE, Jean-Pierre SANFOURCHE, Robert SCARLOT,Nicolas SCHAEFFER

Crédits Photos : Dassault Aviation, ONERA,RSTD, Treknature.

Conception : Khoa DANG-TRAN, S. BOUGNONRéalisation : Sophie BOUGNON Imprimerie : AGI SYSTEM’S Dépôt légal : 1ème trimestre 2004

ISSN 1767-0675 / Droits de reproduction, texte et

illustrations réservés pour tous pays

LE VOL DU COLIBRI

Pour réduire la déportance lors du mouvement des ailes vers le haut, les rémiges tertiaires (plumes de la partie cen-trale des ailes) s’écartent pour ne pas créer d’obstacle à l’écoulement de l’air.Les parties proches des extrémités, constituent des dispositifs à fentes multiples qui peuvent créer une portance éle-vée à grande incidence : il n’y a pas de décrochage aérodynamique pendant le vol battu.

Pour soutenir son vol stationnaire, le colibri – de masse 3 grammes – a besoin de beaucoup d’énergie. Ses muscles doi-vent exercer une puissance de 0,09 watt. Par heure de vol stationnaire, le colibri a donc besoin de 320 joules. Or le nec-tar des fleurs, qui contient, pour moitié des sucres divers, et pour moitié de l’eau procure 7 kJ/g (les sucres et miels pro-curent 14 kJ/g). Si l’on admet un rendement nutritif de 25 %, le colibri tire de chaque gramme de nectar une énergie voi-sine de 2 kJ. Celle-ci lui assure une autonomie de 6 heures de vol stationnaire. Pour cela, le colibri a dû absorber le tiersde sa propre masse en nectar !Avec la même quantité de nectar, le colibri pourrait voler beaucoup plus longtemps en vol d’avancement. C’est le casde quelques espèces de colibris qui font partie des oiseaux migrateurs et peuvent entreprendre des vols très longs. Ilest vraisemblable que ces vols sont effectués en utilisant, comme nourriture, de la graisse provenant de sucres lents,alors que le vol stationnaire est effectué en utilisant directement les sucres rapides contenus dans le nectar.

■ Colibri en vol stationnaire. Pourassurer une autonomie de 6 heuresde vol stationnaire, le colibri doitabsorber jusqu’au tiers de sa prop-re masse en nectar !

■ Fig. 11 – Le vol stationnaire du colibri. Durant les phases 1 à 4, l’air est défléchi vers le baspar la face ventrale de l’aile ; durant les phases 5 à 8, l’oiseau recule les ailes après leur avoircommuniqué un mouvement de torsion, de manière à chasser l’air vers le bas par la facedorsale de l’aile.

Le 29 octobre 1986 « Aéroports de Paris » a détruit, à la stupeur générale de la communauté internationale, la Caravelle historique n° 01, premier avion à réac-tion court-courrier de l'histoire, avec la remarquable invention (brevetée) du montage des réacteurs à l'arrière.

Le 27 mai 2005 à l'aéroport de Stockholm-Arlanda, le Club Caravelle a commémoré le 50ème anniversaire du 1er vol du biréacteur français, en présentant la CaravelleIII n° 210 SE-DAI de la SAS, préservée, à une des portes du terminal. Un repas spécial fut servi à bord, et en fin de journée les réacteurs furent mis en route.

C'est l'occasion de rappeler que l'ancien port transatlantique de New York héberge le porte-avions Intrepid, avec notamment ... l'Etendard IVM n° 60 de l'AéronautiqueNavale, et à côté, sur une barge spéciale, le Concorde n° 210 G-BOAD de British Airways.

Philippe JUNG

LES SUÉDOIS COMMÉMORENT LE 1ER VOL DE CARAVELLE !