Recherche en dynamique du vol : de l’albatros au drone ?

"Quarantièmes rugissants, Cinquantièmes hurlants… tout n’est qu’océan et autant de champ libre à la progression du vent et des vagues …

...tout ? Non ! Quelques îles éparpillées résistent encore et toujours à l’épreuve des vents violents et des mers fortes. Crozet, Kerguelen, Amsterdam, Malouines … un oiseau a fait de ces îles ses colonies et de ces latitudes hostiles son habitat : l’albatros.

L’évolution a enfanté dans cet environnement particulier d’une créature tout autant singulière, en plaçant l’albatros à une croisée délicate entre mécanique du vol et ressources de nourriture. L’albatros utilise un phénomène de surface, le ralentissement du vent à la surface de l’eau, pour planer sans effort sur de longues distances et ainsi maximiser ses chances de rencontrer les rares proies qui lui sont accessibles en surface.

Dès les premières observations scientifiques de l’albatros, avant même que l’homme ne sache voler, l’absence de battement d’aile a suggéré une technique d’extraction d’énergie à son environnement jusque-là inconnue. Ce n’est qu’à la fin des années 80, avec la miniaturisation de récepteurs GPS placés sur le dos de quelques spécimens, qu’ont été dévoilées leurs performances de voyage, avec des moyennes de 800 km parcourus par jours.

Nous avons été amenés à nous intéresser au vol de l’albatros dans le cadre de nos recherches sur les drones au DAEP, pour deux raisons. Tout d’abord, l’albatros ressemble, sans doute plus que tout autre oiseau, à un planeur de petites dimensions, avec ses ailes à fort allongement et sa capacité à les bloquer en position déployées. Par ailleurs, dans le domaine drones de petites dimensions, les limites de poids et de place contraignent l’autonomie. Ainsi nous avons cherché si la technique de vol de l’albatros peut être imitée par un drone.

Pour cela, nous avons modélisé l’environnement de vol, c’est-à-dire les conditions de surface de l’océan et le profil du vent s’établissant sur cette surface, nous avons aussi modélisé les caractéristiques aérodynamiques d’un albatros, comme celles d’un planeur. Puis nous avons cherché à faire interagir ces deux modèles, c’est-à-dire à simuler le vol de l’albatros dans son environnement.

Beaucoup de trajectoires différentes sont évidemment possibles, mais nous avons voulu trouver celle qui fait voler les albatros gratuitement et nous avons pensé qu’elle répond à un problème d’optimisation, que nous avons écrit et résolu. Comment maximiser l’énergie récupérée par l’albatros à un profil de vent donné, de telle sorte qu’il puisse durablement voler sans battre des ailes ? La réponse est une trajectoire en S, où l’albatros, en jouant successivement le rôle de voile et de quille, voyage en moyenne tel un voilier par rapport au vent.

Beaucoup d’étapes restent à franchir avant de pouvoir un jour imiter l’albatros, et les principales sont du domaine du contrôle. Comment piloter cette trajectoire en temps réel, dans un environnement avec vagues et turbulences beaucoup plus complexe que celui dont nous étions les omniscients créateurs ? Ou comment agir comme l’albatros en vol ?

Vincent Bonnin - Post-Doctorant au DAEP