Les ailes des libellules offrent un vol très efficace et des caractéristiques légères grâce à une série de matériaux adaptatifs qui forment une structure composite très complexe.

Introduction

Depuis des temps immémoriaux, les humains rêvent de voler. Et au moins depuis l'époque où l'ancien poète romain Ovide a enregistré la légende d'Icare, nous nous sommes tournés vers les animaux ailés comme source d'inspiration pour la conception des appendices artificiels qui rendraient cela possible. L'une des dernières nouveautés dans cette recherche de conseils aéronautiques issus de la nature est un examen de la structure des ailes des libellules, qui comptent parmi les aviateurs les plus habiles de la nature, capables non seulement de voler vers l'avant, mais également de voler de côté, vers l'arrière et de planer sur place.

La stratégie

Les ailes de libellule sont constituées de différents types de veines traversant une fine membrane, assurant leur intégrité et augmentant leur durabilité et leur efficacité de vol.

La membrane fournit une surface contre laquelle l’air peut pousser. Il maintient également l'aile rigide et aide les veines à maintenir leur position les unes par rapport aux autres. Il est composé de trois couches. La couche centrale est la plus épaisse, prise en sandwich entre les couches ventrale et dorsale, constituées de cellules en forme de colonne.

Les veines sont tubulaires, constituées d'un matériau semblable à la cellulose. appelée chitine. Les veines sont de trois types : veines ambiantes, longitudinales et transversales. Des veines ambiantes entourent l'aile et contribuent à sa stabilisation. Les veines longitudinales agissent comme des poutres de support. Ils contribuent à rigidifier l'aile et à l'empêcher de trop se tordre ou de se plier sous le vent. Il y a généralement 7 à 8 nervures longitudinales par aile. Les veines transversales sont courtes et agissent comme des entretoises pour séparer les veines longitudinales les unes des autres. Ensemble, ces trois types de veines forment de petites « cellules » de différentes tailles sur la surface de l'aile, fournissant une structure tout en permettant à l'aile de se plier et de se tordre si nécessaire.

Vidéo

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Les caractéristiques des veines et leur configuration varient en fonction de leur emplacement sur l'aile, donnant aux différentes parties différents degrés de résistance et de flexibilité les mieux adaptés à leur interaction avec l'air pendant le vol. Les nervures du bord d'attaque sont longues et épaisses et les cellules qu'elles forment sont carrées. Ces caractéristiques confèrent de la rigidité, permettant à l'avant de l'aile de fendre proprement l'air. Les veines du bord de fuite sont plus fines et forment des pentagones ou des hexagones, donnant au bord de fuite et à la pointe plus de flexibilité pour s'écouler avec les vagues d'air créées lors des battements d'aile. De plus, les veines principales sont les plus épaisses sur la partie de l'aile qui se connecte au corps, et s'amincissent progressivement vers le bout de l'aile, fournissant de la puissance au coup mais permettant encore une fois une flexibilité du flux d'air dans les zones où cela augmente l'efficacité aérodynamique.

La forme générale et la structure de l’aile influencent également sa résistance et son efficacité. Plutôt que d'être complètement plate, l'aile a un profil en zigzag, les nervures étant décalées verticalement les unes par rapport aux autres. Cette configuration permet à l'aile de changer légèrement de forme lorsqu'elle se déplace dans les airs, augmentant ainsi la portance pendant la seconde moitié de chaque battement d'aile tout en réduisant également le risque de déchirure.

Le bord de fuite de l'aile comporte des pointes qui, selon les scientifiques, améliorent la portance. Près du bord de fuite se trouve une bande de cuticule ondulée, ce qui rend la flexion plus difficile et l'aide à résister à une charge soudaine. L'aile entière est recouverte d'une fine couche de cire qui lui permet de résister à la pluie et à la pollution et réduit la traînée. Une libellule peut changer la forme de ses ailes en changeant la position des veines et des membranes, lui permettant ainsi de s'adapter à différentes conditions.

Le potentiel

Les ailes de libellule peuvent fournir des informations utiles pour résoudre un certain nombre de problèmes de conception humaine. De toute évidence, ils pourraient être appliqués au développement de micro-drones hautement maniables. Des aspects spécifiques, tels que la présence de pointes le long du bord de fuite, peuvent éclairer les efforts visant à améliorer l'efficacité des avions, des véhicules terrestres, des pales d'éoliennes et d'autres dispositifs qui se déplacent par rapport à l'air.

D'autres inspirations vont au-delà de l'aviation. La capacité des veines croisées à minimiser les dommages dus aux fissures rappelle la structure du nylon ripstop et pourrait être appliquée ailleurs pour minimiser les dommages aux surfaces en forme de feuille. Nous pouvons même voir comment les configurations géométriques qui les composent inspirent les artistes à la recherche de motifs naturels pour se refléter et embellir leurs propres créations.

Dernière mise à jour le 22 mai 2024