Les oiseaux inspirent le vol humain depuis des siècles, mais Shabnam Raayai pense qu'ils peuvent également offrir des leçons en matière de réduction de la consommation d'énergie.

Chercheur au Rowland Institute de Harvard, Raayai travaille à extraire la physique avec des applications pratiques à partir de phénomènes naturels, qu'il s'agisse d'oiseaux volants ou d'écailles de requin. En s'inspirant des formations de vol en forme de V des oiseaux migrateurs, l'équipe de Raayai a révélé de nouvelles informations sur la façon dont le vol des véhicules aériens sans pilote, tels que les drones, pourrait être conçu pour permettre une durée de vie plus longue des sources d'énergie.

Les résultats seraient également applicables à tous les types de déplacements collectifs à travers le milieu, depuis les véhicules se déplaçant sous l'eau jusqu'à la façon dont les parcelles de végétation pourraient être aménagées pour contrôler les inondations. L'article de recherche, intitulé "Impact de la formation en V bio-inspirée sur l'arrangement des objets non élévateurs", est publié dans la revue Physics of Fluids. .

La recherche sur l'optimisation des vols de groupe n'est pas nouvelle, mais la plupart de ces expériences se sont concentrées sur les avions à voilure fixe, dans lesquels la portance mécanique est générée par la forme des ailes, selon les chercheurs. On en sait moins sur les parties « non élévatrices » des véhicules, comme les carrosseries des petits bateaux à hélices, qui deviennent de plus en plus importantes dans les contextes industriels et militaires. "Et si nos appareils ou véhicules n'ont pas d'ailes fixes ?" » dit Raayai. "Comment la physique des flux change-t-elle ?"

Répondre à ces questions nécessitait une configuration expérimentale créative prenant en compte à la fois la précision des mesures et la rentabilité. En utilisant un tunnel d'eau et des cylindres pour représenter les véhicules en vol, l'équipe a utilisé une technique appelée vélocimétrie par image de particules pour mesurer le champ d'écoulement autour de chaque objet. Un seul laser et quatre feuilles de lumière qui se croisent ont créé un espace entièrement éclairé, dans lequel les chercheurs ont utilisé l'imagerie à grande vitesse pour capturer comment différents arrangements affectaient la traînée de chaque objet. Puisque l'eau et l'air sont tous deux des fluides newtoniens, des calculs simples permettent une extrapolation à une variété d'applications.

Parmi leurs observations :Dans une configuration, ils ont constaté une réduction de la traînée de 45 % pour les membres de la deuxième rangée derrière le leader, ainsi qu'un avantage supplémentaire en matière de réduction de la traînée pour le leader. Selon les données, ces avantages diminuaient à mesure que l'angle du V s'élargissait.

Raayai a souligné que les mesures constituent un ensemble de principes de base à partir desquels différents chercheurs ou industries pourraient appliquer leurs propres paramètres d'optimisation. "L'optimisation comporte plusieurs voies, en fonction de ce que vous voulez faire", a-t-elle déclaré. "Voulez-vous que vos sept membres utilisent la même quantité de batterie entre le point A et le point B ? Si tel est le cas, vous devrez trouver un moyen de changer de position des membres tout au long de votre vol."

En fin de compte, Raayai souhaite contribuer à tracer la voie vers la décarbonisation en proposant de nouvelles façons de réduire la consommation d’énergie et de progresser vers l’électrification. Et la nature a une manière de lui donner un coup de coude.

"Beaucoup d'animaux choisissent de manœuvrer en groupe, et cela leur est bénéfique :ceux qui marchent et ceux qui nagent ou volent", a-t-elle déclaré.

Plus d'informations : Prasoon Suchandra et al, Impact de la formation en V bio-inspirée sur les arrangements d'écoulement d'objets non porteurs, Physique des fluides (2024). DOI :10.1063/5.0186287

Informations sur le journal : Physique des fluides

Fourni par l'Université Harvard

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de la Harvard Gazette, le journal officiel de l'Université Harvard. Pour plus d'informations sur l'université, visitez Harvard.edu.