Des éoliennes inspirées de nageoires de baleines

L'hydrodynamique et l'aérodynamique sont deux domaines très proches, comme va nous le montrer cet exemple de biomimétisme

Whalepower baleine a bosses 

    L'eau et l'air présentent les mêmes principes de dynamique, notamment dans le domaine de la résistance au mouvement d'un objet.

   Les baleines à bosse, formidables animaux aquatiques pouvant atteindre 40 tonnes à l’âge adulte, ne tirent pas leur nom des petites protubérances qui recouvrent ses nageoires et sa tête, mais de la bosse apparaissant lorsque l’animal s’apprête à plonger dans les profondeurs.

   Les scientifiques ont longtemps supposé que l'incroyable agilité des baleines à bosse devait beaucoup aux "excroissances" qui se trouvent sur les bords de leurs nageoires principales. A partir de 2004, des chercheurs de l'Université de Harvard ont étudié cette thèse et c’est le biologiste Frank Fish qui découvre enfin l’utilité de ces protubérances qui recouvrent entièrement ce grand cétacé marin.

 

Baleine nageoire photo 

La découverte de Franck Fish

   Il était une fois, Frank Fish, un biologiste américain au nom prédestiné spécialiste des dynamiques des fluides, faisait ses emplettes à Boston quand il remarqua une figurine de baleine à bosse. Quelle ne fut alors sa surprise lorsqu'il s’aperçut avec stupeur de la non-conformité des nageoires avec ce qu’il pensait être la réalité : "C'est incorrect. Il y a sur cette figurine des bosses sur l'avant de ses nageoires, or les nageoires ont toujours un bord droit." Il se référait à son expérience de biologiste et surtout des schémas de nageoires qu'il connaissait (dauphins, pingouins...). Mais après quelques recherches, il comprit alors que la figurine disait vraie : oui il y avait bien des bosses sur l'avant des nageoires de baleines...Mais pourquoi ?

 Franck Fish y réfléchit à l'avantage que pouvaient apporter ces bosses à l'avant des nageoires, Il nota que les baleines ont l'habitude unique d'attraper le poisson dans un "filet" de bulles, qu'elles créent en plongeant profondément et en remontant en cercles serrés. Pour cela, elles se doivent donc d'être agiles et sont ainsi passées maîtres dans l'art du virage malgré leur taille imposante et leur poids (jusqu'à plus de 40 tonnes pour certains spécimens). Fish supposa donc que ces tubercules devaient d'une façon ou d'une autre leur donner un avantage hydrodynamique. 

    Et il s'avèra qu'il avait raison. Après un test sur une réplique de nageoire dans une soufflerie, Frank Fish et ses collègues Loren Howle et Mark Murray ont trouvé avec un grand étonnement que ces bosses situés sur le bord d'attaque engendraient une réduction de 32 % de la traînée, et un accroissement de 6 % de la portance, comparés à une nageoire à bord lisse. Cette découverte va à l'encontre de l'idée répandue qui voudrait qu'une surface ou qu'un bord d'attaque soit la plus lisse possible telle une lame de rasoir, afin de limiter la résistance et la perte d'énergie.

Franck a fish 

Application dans l'aérodynamique

  Revenons donc à nos avions : nous savons que les pilotes augmentent l'angle d'attaque du profil d'aile afin d'accroître la portance (confaire article sur la portance ici) ; mais dès que l'aile atteint son angle critique, l'air qui passe au dessus de l'aile se « détache » d'elle et l'avion « décroche ». Devient alors intéressante l'étude de la nageoire qui ne réagit pas de la même manière. Surprise générale : l'angle critique (maximum) d'attaque est bien plus élevé qu'avec l'aileron entièrement lisse d'un dauphin par exemple: 31 ° au lieu des 16 ° ! (le double) Par ailleurs, le décrochage est dit « doux » et non pas violent. C'est à dire qu'il n'intervient pas tout d'un coup mais se fait progressivement, ce qui donne le temps de reprendre de la vitesse ou un angle moins élevé.

Baleines 3d simulation 1

   Les bosses du bord d'attaque de la nageoire de la baleine semblent rediriger et canaliser les flux d'air. Cela crée des tourbillons au niveau des tubercules, mais les flux d'air redeviennent laminaires au bord de fuite (parallèles entre eux). La portance s'en retrouve accrue de 8 %. L'agilité du mastodonte trouve sa source dans ces performances.

   C'est une entreprise canadienne, WhalePower, qui développe la technologie. Ses ingénieurs ont ainsi reproduit minutieusement et affiné ces tubercules, pour permettre une application prometteuse non seulement aux éoliennes, mais aussi aux pales de ventilateurs, aux turbines et même aux hélicoptères...

Whalepower

   La trouvaille n'accorde rien de moins que 20 % de rendement énergétique, ce qui est un progès considérable si l'on considère qu'accroître le rendement de 1 à 2 % sans augmenter le bruit relève de l'exploit. L'éolienne ainsi créée est en effet moins bruyante, mais aussi plus résistante aux tempêtes. Cette invention est promise à croquer de pleines dents le marché de l'éolienne.

  Mais d'ou viennent ces tubercules ? Forts intriguants, ils se nomment, biologiquement parlant, des follicules pileux, c'est à dire des poches traversant les différentes couches de la peau (épiderme, derme, hypoderme), et où nait un poil. Il joue chez de nombreux animaux un rôle de protection contre le froid, en produisant de la chaleur (contraction d'un petit muscle). Ceux de la baleine sont bien entendu énormes par rapport à ceux de l'homme ; ils sont caractéristiques de l'espèce de la baleine à bosse, mais on les retrouve en outre chez le requin-marteau.

Commentaires (12)

Jeanne d'arc
  • 1. Jeanne d'arc | 05/07/2018
Salut les potos franchement votre site il est vraiment bien j'aime beaucoup nous avons pu comprendre pleins de choses merrrciiii
Villeneuve félix
  • 2. Villeneuve félix | 01/02/2018
Super d'avoir tout pris sur une thèse, mots pour mots. Aucun scrupule vous ne mentionner même pas son nom....
Jésus a la mosquée
  • 3. Jésus a la mosquée | 15/01/2018
Cher père votre tpe ma jouansé de ouf wallah
Aziz le bg d’Abidjan
  • 4. Aziz le bg d’Abidjan | 06/01/2018
Allez Sochaux
tahia dz
  • 5. tahia dz | 22/11/2017
c tro biennnn wallah <3
CocoLeSang
  • 6. CocoLeSang | 19/10/2017
Cool.
Zimbabwe
  • 7. Zimbabwe | 06/10/2017
vrément pasionent jador lé aiolien é jador lé baléne, jémeré avouare ssa chai mwa
Adel
  • 8. Adel | 05/03/2017
Super intéressant ça va m'aider pour mon TPE sur le bio mimétisme
KROKMO
  • 9. KROKMO | 27/01/2017
mais qui a inventé la baleine à bosse? Elle est extraordinaire!
Omer Dalor
  • 10. Omer Dalor (site web) | 10/01/2017
Très constructif et super interresssant
interresssant
Markkkkk
cé tro poux riz !
Jean Eudes
  • 12. Jean Eudes (site web) | 03/01/2017
c deux las merd

Ajouter un commentaire

Vous utilisez un logiciel de type AdBlock, qui bloque le service de captchas publicitaires utilisé sur ce site. Pour pouvoir envoyer votre message, désactivez Adblock.

×