E13 Efficacité

Topique

Ce module constitue le point de synthèse énergétique de l'ensemble du système : il intègre la polarité de la traînée due à l'aérodynamisme du profil, la géométrie de l'aile (sa surface et son allongement), le poids de l'oiseau et la densité de l'air imposée par les conditions du fluide, afin de générer la courbe de puissance mécanique requise par l'oiseau en fonction de sa vitesse de vol.

Cette courbe de puissance a la forme d'un U, et à l'intérieur de ce U, on distingue deux vitesses caractéristiques particulièrement importantes : la vitesse de puissance minimale, où la consommation d'énergie par unité de temps est minimale, et la vitesse de portée maximale, où la consommation d'énergie par unité de distance parcourue est minimale.

Cette forme en U s'explique par le fait que l'oiseau ne peut pas voler trop lentement : à basse vitesse, la traînée induite augmente considérablement la puissance mécanique requise, car pour générer la même portance à basse vitesse, l'aile a besoin d'un angle d'attaque beaucoup plus important, ce qui multiplie la traînée induite que l'aile doit vaincre.

L'oiseau ne peut pas non plus voler trop vite : à haute vitesse, c'est la traînée parasite — la traînée générée par son propre corps lorsqu'il se déplace dans l'air, indépendante de la portance produite par l'aile — qui fournit la puissance mécanique nécessaire, car cette traînée parasite augmente avec le carré de la vitesse de vol.

Entre ces deux extrêmes, où la traînée induite domine à basse vitesse et la traînée parasite à haute vitesse, se trouve un minimum sur la courbe de puissance : c'est la vitesse de puissance minimale, la vitesse à laquelle l'oiseau consomme l'énergie le plus efficacement par unité de temps passé en vol.

Légèrement supérieure à cette vitesse de puissance minimale se trouve la vitesse de portée maximale, le point précis sur la courbe de puissance où une droite tracée depuis l'origine est tangente à la courbe sans la traverser. À cette vitesse de portée maximale, l'oiseau ne dépense pas le moins d'énergie par unité de temps, mais il parcourt la plus grande distance possible pour chaque unité d'énergie consommée, car à cette vitesse spécifique, le rapport entre la distance parcourue et l'énergie dépensée est le plus favorable sur toute la courbe.

Cette courbe de puissance en forme de U, avec sa vitesse de puissance minimale et sa vitesse de portée maximale, constitue le principe physique fondamental de l'économie de vol : c'est la même courbe qui est tronquée lorsqu'un muscle pectoral endommagé réduit le plafond de puissance disponible, la même courbe qui se déplace vers le haut lorsqu'un poids corporel plus important exige plus de portance à chaque vitesse, et la même courbe dont la vitesse de portée maximale détermine en fin de compte la portée théorique maximale que les réserves de graisse d'un oiseau lui permettent de parcourir au cours d'une phase migratoire.

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