E10 Trajectoire et dynamique de vol

Topique

Le mouvement de l’oiseau, traité comme un corps rigide, est ce qui convertit la force nette résultant de l’équilibre ou du déséquilibre des quatre forces de vol en accélération, vitesse et position de l’oiseau au fil du temps. Ce sont les mêmes équations newtoniennes qui décrivent le mouvement de tout corps rigide, appliquées ici à un oiseau en plein vol.

Ce système dynamique a une particularité qui le rend non linéaire : les forces aérodynamiques qui agissent sur l'oiseau dépendent de la vitesse à laquelle cet oiseau vole, et en même temps, la vitesse de l'oiseau dépend des forces qui agissent sur lui. La vitesse détermine la force, et la force nouvellement déterminée change à nouveau de vitesse l'instant suivant, fermant une boucle qui se répète continuellement pendant toute la durée du vol.

En raison de cette dépendance mutuelle entre force et vitesse, la solution de ce système dynamique ne peut presque jamais être écrite sous forme de formule fermée : il s'agit, en général, d'un système d'équations couplées qui ne peut être résolu que par intégration numérique, avançant le calcul instant par instant au lieu de résoudre directement toute la trajectoire d'un coup.

Le résultat de la résolution, instant par instant, de ce système dynamique est la trajectoire de l’oiseau, la plus directe observable de tout le vol : c’est ce que nous voyons réellement lorsque nous observons un faucon en descente, une hirondelle manœuvrant entre des obstacles ou un albatros planant sur les vagues de l’océan.

Cette trajectoire de l’oiseau est donc le point où toute la physique microscopique des modules précédents – morphologie de l’aile, plumes, os, muscles, tendons, aérodynamique du profil aérodynamique, cinématique des volets, conditions des fluides et quatre forces de vol – devient le comportement macroscopique qu’un observateur peut effectivement enregistrer de l’extérieur.

Les résultats de cette trajectoire de l'oiseau – sa position, sa vitesse et son altitude à chaque instant – ne sont pas seulement le produit final de ce module : ils sont, à leur tour, les données d'entrée que le système nerveux de l'oiseau utilise pour gérer en temps réel les quatre forces de vol et corriger tout écart par rapport à sa trajectoire souhaitée, fermant ainsi le lien entre le mouvement de l'oiseau en tant que corps rigide et le contrôle actif que ce même mouvement renvoie.

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