Le secret de l'aérodynamisme des samares révélé
Le tournoiement des samares de l'érable (le fruit à hélices de l'arbre) a toujours été un sujet fascinant. Une équipe de chercheurs néerlandais et américains est parvenue à élucider ce véritable mystère d'aérodynamique: l'autorotation des samares leur fournit une sorte d'élan, ce qui leur permet de «flotter» sur de longues distances puis de se poser lentement sur le sol. Les résultats, publiés dans la revue Science, montrent le développement évolutif qui a permis aux plantes et aux animaux d'améliorer leurs performances en vol. Les chercheurs de l'université Wageningen aux Pays-Bas et de l'institut de technologie de Californie (Caltech) aux États-Unis ont découvert que la chute des samares de l'érable produisait un tourbillon, ou vortex de bord d'attaque (comme une soufflerie horizontale se formant le long de l'aile). L'air effleure la surface supérieure de la samare et allège la pression sur l'aile, ce qui permet à la graine de résister à l'attraction terrestre et d'être emportée plus loin par le vent, expliquent les chercheurs. Le vortex renforce le mouvement vers le haut des samares, en comparaison des graines qui ne tourbillonnent pas. La capacité du vortex à renforcer ce mouvement peut être comparé au mécanisme qu'utilisent les oiseaux, les insectes et les chauves-souris lorsqu'ils battent des ailes pour voltiger. Les chercheurs ont calculé le flux d'air généré par les samares en construisant des modèles plastiques de samares d'un rayon de près de 12,7 centimètres (soit 5 à 10 fois la taille réelle des samares). Les modèles plastiques ont ensuite été plongés dans de l'huile par un robot conçu par le Caltech, puis soumis à un tournoiement. L'étude montre que les caractéristiques du flux liquide produit par les modèles étaient similaires à celles produites par les samares dans des conditions réelles. La seule différence était que le flux se propageait dans l'huile et non dans l'air. Les chercheurs ont utilisé un puissant laser afin de produire une couche de lumière éclairant les petites billes de verre ajoutées à l'huile. Une caméra leur a ensuite permis d'obtenir des images des mouvements réalisés par ces billes lorsque les modèles étaient soumis à un tournoiement dans l'huile. Les images montraient la présence d'un vortex au niveau du bord antérieur de la samare. Les chercheurs néerlandais ont étudié le flux généré par les vraies samares durant leur tourbillonnement afin de confirmer les résultats obtenus par les modèles robots. Les chercheurs du Wageningen ont construit une soufflerie remplie de fumée pour analyser le flux créé et visualiser le flux d'air autour des samares. «On pourrait utiliser le modèle des samares de l'érable pour la conception d'un hélicoptère miniature la plus fondamentale et la plus simple, si l'aile pouvait être actionnée par un micromoteur», explique le professeur David Lentink de l'université de Wageningen, coresponsable du projet. Michael H Dickinson, coresponsable de l'étude et professeur de bioingénierie au Caltech, explique: «Le développement d'hélicoptères miniatures est un concept qui suscite beaucoup d'intérêt. En effet, grâce à leur petite taille, ils fonctionnent sur le même principe physique que des objets volants tels que les insectes ou les samares de l'érable. Notre étude sur l'aérodynamisme des samares de l'érable pourrait permettre de concevoir les premiers hélicoptères miniatures 'érables' à moteur», ajoute-t-il.
Pays
Pays-Bas, États-Unis