Vol des Oiseaux

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Une aile d'oiseau est une surface portante qui combine les fonctions d'une aile d'avion et celles d'une pale d'hélice pour donner de la portance et de la poussée. Elle résulte de la modification complète du bras des vertébrés en une structure forte et légère. Le bras et l'avant-bras allongés sont réunis par une membrane emplumée, et les rémiges secondaires y sont insérées. Les os du poignet et de la main sont soudés (certains ont complètement disparu) et les rémiges primaires y sont insérées.

L'évolution de l'aile a été influencée par les habitats auxquels les oiseaux se sont adaptés (p. ex. la haute mer, le sommet des falaises ou les forêts) et par le besoin de réduire la traînée ou la résistance de l'air. La forme et la taille de l'aile ont été modifiées pour réduire la traînée et permettre à l'oiseau de voler aussi efficacement que possible dans son habitat.

La relation entre l'envergure et la largeur moyenne de l'aile, appelée allongement, est variable. On calcule l'allongement d'une aile en divisant son envergure (d'un bout à l'autre) par sa largeur moyenne. Les ailes longues et étroites des grands oiseaux de mer ont un grand allongement, ce qui leur permet d'effectuer des vols sur de longues distances sans battre des ailes et ainsi de réduire leur dépense d'énergie.

La queue ne sert pas de gouvernail, mais plutôt de volet d'atterrissage et de muscle releveur à la fois. À l'atterrissage, elle est déployée et abaissée tandis que l'aile est avancée afin de maintenir le centre de poussée au-dessus du centre de gravité. En virage, l'oiseau s'incline sur une aile et lève la queue.

Formes des ailes

Les oiseaux planent (sans battre des ailes), font du vol stationnaire (battement d'ailes vers l'arrière et vers l'avant en un mouvement en forme de 8), ou effectuent un vol rapide en palier (battement d'ailes rythmique vers le haut et vers le bas). Les formes des ailes correspondent étroitement à ces types de vol et peuvent être classées en quatre types qui partagent certaines caractéristiques.

Action de l'aile

Chez la plupart des espèces d'oiseaux, le mouvement descendant de l'aile est lent et puissant tandis que le mouvement ascendant, pendant lequel l'aile est partiellement pliée, est rapide et neutre. Le Martinet et le Colibri ont des ailes très rigides qui procurent de la portance et de la poussée lors du mouvement descendant, de la poussée lors du mouvement ascendant et de la portance lors du vol stationnaire. Un gros tendon fixant la main et des os courts empêchent le fléchissement du poignet. Cette rigidité caractéristique du vol du Martinet contraste avec la fluidité du vol de l'hirondelle.

La plupart des espèces de Bécasseaux (voir Bécasseaux et chevaliers) et d'échassiers apparentés ont un mouvement descendant normal de l'aile. Ainsi, lorsqu'ils augmentent l'angle d'attaque, leurs ailes déployées se soulèvent plus lentement, ce qui leur procure de la portance, économise leur énergie musculaire, mais augmente un peu la résistance de l'air. Lorsqu'une aile est avancée à sa portée maximale, des changements de formes complexes influencent son comportement.

Le vol plané consiste essentiellement à glisser dans un courant ascendant. Les principaux courants ascendants sont mécaniques, lorsque le vent qui souffle sur une falaise pousse l'air en altitude, et thermiques, lorsque des courants ascendants cylindriques se forment lors des jours ensoleillés. Les thermiques sont plus forts au-dessus des surfaces foncées et sèches telles que les champs labourés. Les oiseaux détectent la portance réduite avec la partie extérieure du bout de leurs ailes et font des spirales dans les thermiques.

Aile elliptique

L'aile elliptique est une aile à courbe légèrement asymétrique qui assure une bonne maniabilité et régularise presque entièrement la répartition de la poussée. Sa forme varie quelque peu d'une espèce à l'autre, mais on la trouve chez la plupart des chauves-souris, des passereaux et autres espèces d'oiseaux vivant en milieu fermé dont les longues plumes primaires sont sujettes à s'user rapidement. L'allongement est habituellement de 4,5 ou 6.

L'aile du moineau domestique a l'aérodynamique d'un Spitfire Mk5 de la Deuxième Guerre mondiale. Ce type d'aile est muni d'une grande alula (plume attachée à l'os du pouce), qui forme un interstice au milieu de l'aile, et de plusieurs rémiges primaires extérieures qui forment des interstices aux extrémités. Ces plumes procurent une poussée supplémentaire à l'aile. L'Archaeopteryx de la période du jurassique avait une aile elliptique bien formée, mais sans interstice. Son vol manquait de puissance, mais il était un bon glisseur. Le Moqueur chat, qui affectionne les bosquets denses, a des ailes très courtes avec de larges interstices. Ce type d'aile a généralement un battement modérément rapide.

Aile à grande vitesse

L'aile à grande vitesse est une aile exceptionnellement plate dont l'extrémité effilée est légèrement elliptique. De contour régulier, le bord de fuite de ce type d'aile se confond avec le corps, ce qui réduit toute traînée turbulente. Son allongement est modérément élevé (p. ex. les ailes sont assez longues et étroites) et sa flèche très prononcée réduit la traînée. L'aile à grande vitesse a évolué indépendamment chez le canard, le faucon, la plupart des espèces de pluviers, d'hirondelles, de martinets et de colibris. Ce type d'aile, sans interstice aucune, produit un battement constant et rapide. Sa particularité permet un vol très rapide et une assez faible dépense d'énergie.

Aile à grand allongement

Elle est bien développée chez les grands planeurs que sont les oiseaux de mer, particulièrement chez l'Albatros, qui vont rarement à terre, sauf pour la nidification. Ils s'envolent des falaises d'un léger battement d'ailes ou en planant, évitant ainsi d'endommager leurs plumes. Ce type d'aile longue, mince et effilée permet un vol plané à haute vitesse et n'exige qu'une faible dépense énergétique. L'envergure d'aile peut atteindre cinq fois la longueur du corps. L'allongement est d'environ 8 chez le Goéland (voir Goélands et mouettes) et peut atteindre 15 chez l'Albatros.

Aile larges munies d'interstices

On la rencontre chez les oiseaux de proie. Cette particularité permet le vol plané à basse vitesse et le décollage et l'atterrissage dans des milieux fermés. L'allongement est d'environ 6 à 7, ce qui correspond à ce que permettent les lieux de nidification et de chasse de ces oiseaux. De nombreux interstices augmentent la portance. Les primaires retroussées d'un rapace qui plane montrent la portance que procurent les interstices du bout de l'aile.