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24 nov.

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A la découverte des labos

Des avions aux ailes de rapaces

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Les machines volantes de Clément Ader, avec leurs ailes de toile découpée, avaient des airs de chauve-souris. Marianna Braza, Jean-François Rouchon et leurs collègues de l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) et du Laboratoire de Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE) travaillent dans ce sillage. Leur défi : concevoir des ailes d’avion capables de se gonfler avec des ailettes vibrantes comme celles de la chouette qui fond sur le mulot à toute vitesse et sans un bruit. Des prototypes seront testés cet automne sur l’île du Ramier en collaboration avec les équipes d’Airbus.

Depuis longtemps, les hommes inventent des artefacts en s’inspirant de la nature. Les scientifiques vont aujourd’hui très loin dans ce sens, grâce à des matériaux intelligents. « Regardez cette aile. A l’intérieur, nous avons placé des tronçons en alliage à mémoire de forme qui se rétractent quand l’électricité accroît leur température puis qui reprennent leur aspect initial. Lorsque le pilote voudra atterrir, il pourra provoquer grâce à ce dispositif une cambrure des ailes et augmenter la portance de l’avion. De légères torsions des ailes permettront aussi de fluidifier les manœuvres. C’est un système de morphing électro actif beaucoup plus performant et économe en énergie que les volets mécaniques actuels dont les charnières laissent passer l’air », montre Marianna Braza.

Les ailes d’avion imaginées par son équipe sont aussi bordées d’ailettes vibrantes qui atténuent les turbulences grâce à une microcirculation de l’air qui modifie la structure tourbillonnaire. « Quand la chouette fond sur sa proie, elle est très silencieuse et très rapide. Les mouvements de ses plumettes contribuent à diminuer le bruit engendré par le vol et la résistance à l’air. Nous nous en sommes inspirés, en accrochant le long de nos ailes de petites lamelles en matériaux piézoélectriques, très légères, et que l’électricité fait vibrer. Elles ont l’avantage de récupérer l’énergie vibratoire environnante ce qui diminue les coûts du morphing », explique la chercheuse. Le couplage des deux procédés, des ailes « souples » capables de se cambrer à la demande et des ailettes vibrantes à plus haute fréquence, optimise considérablement les performances aérodynamiques de l’avion, affirme-t-elle.

La démonstration est en cours. Après les essais sur maquette académique menés depuis 2009, un prototype de grande taille sera testé en fin d’année 2015 et en 2016 au sein de l’IMFT, dans une grande soufflerie datant des années 30. L’aile sera bombardée d’air poussiéreux éclairé au laser, et filmée en continu pour mesurer les turbulences et affiner les dispositifs.
 

Experts en aérodynamique de l’IMFT et spécialistes des matériaux électro-actifs du LAPLACE collaborent sur ce projet très ambitieux. Suite à des rencontres en bord de Garonne, ils avaient eu l’idée en 2007 de répondre ensemble à un appel d’offre européen, puis national (Fondation STAE) sur les avions bio-inspirés.

D’autres scientifiques se sont progressivement joints à l’aventure, après que le projet a été distingué l’an passé par la Royal Society britannique. Des biologistes suédois mettent à disposition leurs connaissances sur la morphologie des rapaces et une équipe du MIT (Massachusetts Institute of Technology) coopère avec les chercheurs toulousains.

« Nous n’imitons pas à proprement parler les oiseaux. La taille et la vitesse élevée des avions engendrent des phénomènes physiques différents. Mais l’évolution naturelle nous donne des clefs pour résoudre les problèmes posés ».
 
 
  • Pour en savoir plus
Les sites internet de l’IMFT (CNRS / INP Toulouse / Université Toulouse III – Paul Sabatier) et du LAPLACE (CNRS / INP Toulouse / Université Toulouse III – Paul Sabatier)
« Matériaux bioinspirés ou l’art de copier le vivant », une conférence filmée avec Mariana Braza aux Musée des Arts et Métiers
Présentation du projet sur le site dédié Smartwing et sur le site de la Fondation STAE (projet DYNAMORPH)

Dates
le 15 septembre 2015

Date de mise à jour 18 avril 2016


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