M7 Locomotion aérienne

Topique

Le vol actif, obtenu par le battement des ailes, est une caractéristique unique des chauves-souris parmi les mammifères. Leurs ailes membraneuses, le patagium, sont extrêmement déformables, contrairement aux ailes rigides des autres animaux volants.

Le vol actif, grâce à ces ailes, combine deux conditions aérodynamiques : la portance générée par les ailes doit être exactement égale au poids de la chauve-souris pour un vol horizontal, sans montée ni descente, et la poussée qu'elles produisent doit être exactement égale à la résistance de l'air pour une vitesse constante.

La puissance mécanique totale que la chauve-souris doit développer pour maintenir ce vol horizontal n'est pas la même à toutes les vitesses : elle atteint un minimum à une vitesse optimale spécifique et augmente en deçà et au-delà de cette vitesse, décrivant une courbe en U. Ceci s'explique par le fait que la résistance de l'air agissant directement sur le corps et les ailes augmente avec le cube de la vitesse, tandis que la résistance supplémentaire liée à la génération de portance diminue lorsque la vitesse augmente. À basse vitesse, cette seconde résistance est prépondérante, et à haute vitesse, c'est la première qui l'est.

Le vol des chauves-souris se déroule dans un régime d'écoulement d'air spécifique autour de l'aile : un nombre sans dimension comparant l'importance des forces d'inertie à celle des forces visqueuses prend des valeurs comprises entre dix mille et cent mille lors du vol des chauves-souris. Dans cette plage, les effets visqueux et inertiels de l'air sont comparables, sans qu'aucun ne domine clairement l'autre.

C'est précisément grâce à la grande déformabilité de leurs ailes que les chauves-souris peuvent moduler activement leur forme à chaque battement, chose impossible pour une aile rigide classique. Cette modulation active leur permet de tirer parti des tourbillons qui se forment sur le bord d'attaque de l'aile à chaque battement, tourbillons qui génèrent une portance supplémentaire et qui ne se forment pas sur les ailes rigides des autres créatures volantes.

La fréquence à laquelle une chauve-souris bat des ailes possède également une valeur optimale, qui coïncide avec la fréquence de résonance naturelle de son système musculo-squelettique : battre des ailes à une fréquence proche de cette résonance lui permet de se maintenir en vol avec un effort musculaire minimal. Le patagium mentionné au début, chez les autres mammifères qui ne battent pas activement des ailes, remplit une fonction différente : chez les écureuils volants, cette même membrane agit comme une aile courte et large qui leur permet de planer d'arbre en arbre sans battre des ailes, portés uniquement par le flux d'air lors de la descente.

La distance horizontale parcourue par l'animal pour chaque mètre de descente est déterminée par le taux de plané : le rapport entre la portance générée par la membrane et la résistance de l'air qu'elle oppose au vol plané. Les écureuils volants atteignent des taux de plané de deux à cinq mètres de déplacement horizontal par mètre de descente, tandis que les chauves-souris planeuses, avec leurs ailes membraneuses plus aérodynamiques, atteignent des taux de six à dix, couvrant ainsi une distance horizontale bien plus importante pour chaque mètre de perte d'altitude.

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