07.03.2017 Vues

TPE Biomimétisme

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Quelques<br />

Exemples de<br />

<strong>Biomimétisme</strong><br />

Définit par Janine Benyus en 1997, le<br />

<strong>Biomimétisme</strong> fait appel à l’adaptation<br />

des principes et stratégies des organismes<br />

vivants pour produire des services de<br />

manière durable et rendre les sociétés<br />

humaines compatible à la biosphère. Le<br />

terme apparait au deus des années 80,<br />

mais est popularise par biologiste et<br />

naturaliste Janine Benyus dans les année<br />

90. Dans l’ouvrage Innovation Inspired by<br />

Nature, elle propose d’utiliser les secrets<br />

de la nature pour que l’homme s’inspire<br />

pour concevoir des objets et des<br />

processus inspirés par la durabilité.<br />

L’Homme s’est toujours inspiré de la<br />

nature et continue à s’inspiré de la nature<br />

pour améliorer les sciences. Dès<br />

l’Antiquité on voit le <strong>Biomimétisme</strong> avec le<br />

conte de Daedalus et Icarus, où deux<br />

hommes grec inspiré par les oiseaux<br />

réussis à créer des ailes et à voler.<br />

Cette idée de voler réapparait pendant la<br />

Renaissance avec les inventions de<br />

Leonard de Vinci. Notamment ces essais<br />

sur l’orthoptère (Dommage qu’il supposait<br />

la densité de l’air égale à la densité de<br />

l’eau, sinon ces inventions auraient peutêtre<br />

fonctionner).<br />

Daedalus and Icarus, Canova<br />

1777-79<br />

Marbre, 200 x 95 x 97 cm<br />

Museo Correr, Venice<br />

Études d’ailes pour machine d’orthoptère,<br />

Leonard De Vinci c. 1485


Après des siècles d’observations et de<br />

développement des sciences grâce à la<br />

nature, arrivons à l’Age Moderne.<br />

1<br />

De nombreuses inventions et objets du<br />

quotidien sont les résultats du<br />

<strong>Biomimétisme</strong> appliqué et fonctionnel.<br />

Dès les années 70, le <strong>Biomimétisme</strong> devient<br />

un terme courant dans le monde<br />

d’innovations. De nouvelles inventions tels<br />

que : l’aiguille inspiré des moustiques, la colle<br />

inspirée par les moules, la tissue inspiré par la<br />

peau de gecko appelé gekskin, et en 2011 le<br />

TGV japonais inspiré par le Martin-pêcheur.<br />

2<br />

3<br />

1. Main de Gecko<br />

2. Cole et Moule<br />

3. Moustique et aiguille médicale<br />

4. TGV japonais et Martin-pêcheur<br />

XXème Siècle<br />

4


Dans quelle mesure peut-on appliquer<br />

le biomimétisme (1) pour encore<br />

améliorer l’aérodynamique(2) et<br />

l’hydrodynamique(3)?<br />

1. Technique scientifique qui consiste à étudier les différents processus qui permettent à la Nature<br />

de survivre et se développer pour les appliquer à l’Homme.<br />

2. Une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la compréhension et<br />

l’analyse des écoulements d’air ainsi que leurs effets éventuels sur des solides qui l’environnent.<br />

3. Branche de la dynamique des fluides par rapport à l’eau et les solides qui l’environnent.


Introduction<br />

Nous cherchons à utiliser les méthodes du biomimétisme(1)<br />

avec pour but l’innovation du vol personnel et de la nage à<br />

haute vitesse. C’est-à-dire s’inspirer de la nature et surtout de<br />

comment volent les oiseaux et comment nagent les poissons<br />

pour améliorer la technologie du transport individuel.<br />

Nous ferons des études de physique et de biologie avec pour<br />

thèmes les structures et les formes.


Sommaire<br />

I- Les principes physiques et<br />

mécaniques<br />

1. Physique<br />

A. L’Homme au repos et<br />

en action<br />

B. Distribution de la<br />

masse<br />

2. Mécanique des fluides<br />

A. Hydrodynamique<br />

B. Aérodynamique<br />

II- Une comparaison<br />

A. La Nage<br />

<br />

<br />

<br />

B. Le Vol<br />

<br />

<br />

L’homme<br />

Le Dauphin<br />

Le Requin<br />

Pour que l’homme vole<br />

Les différents types de vols<br />

III-<br />

Mise en pratique<br />

A. La nage inspirée par les dauphins<br />

B. Mesure de la Portance d’un aile<br />

d’avion<br />

Sources


I- Les principes physiques et mécaniques<br />

1. Physique<br />

A. L’Homme au Repos<br />

Voici deux sujets au repos. L’un homme,<br />

l’autre femme. Observons les différentes<br />

forces exercées sur nos sujets.<br />

La portance est due à la<br />

résistance d’un agent passif (le<br />

sol) sur nos sujets. Le poids est dû<br />

à l’effet de la gravité sur la<br />

masse que possèdent nos sujets.<br />

Comme ils ne sont pas en<br />

mouvement, il n’y a ni poussée<br />

exercée par nos sujets ni trainée<br />

exercée sur nos sujets par l’air qui<br />

les entourent (la trainée est<br />

négligeable dans ce cas)


Sauter<br />

B. L’Homme<br />

en Action


La seule trainée exercée sur nos sujets ici est due au frottement de l’air sur les habits<br />

et le corps de notre sujet. Si les sujets n’avaient pas d’habit ou de poils, la friction<br />

entre ceux-ci et l’air, étant à l’origine de la trainée, serait inférieure. La poussée est<br />

créée par l’énergie exercée par les muscles de nos sujets. La portance et le poids ne<br />

changent pas en revanche par rapport au sujet statique.<br />

Courir


C. Distribution de Masse<br />

Pour<br />

l’homme


Pour la<br />

femme


2. Mécanique des Fluides<br />

Fluide :<br />

Un milieu qui se déforme continuellement sous la<br />

force de cisaillement. Ceci est la raison pour<br />

laquelle l’on dit qu’un fluide s’écoule. Un fluide<br />

pend la forme de son récipient. Un ‘fluide’ est une<br />

substance qui permet aux éléments de se mettre<br />

en mouvement soit avec une liberté totale (fluides<br />

idéaux, dits non visqueux) ou une liberté restreinte<br />

(fluides réels, dits visqueux).<br />

En mécanique des fluides, on se concentre sur<br />

l’écoulement des fluides d’un point de vue<br />

macroscopique, c’est à dire le point de vue de<br />

milieux continues. Une particule de fluide est un<br />

élément de fluide qui est infinitésimal (infiniment<br />

petit) au la sen mathématique.<br />

Lorsqu’un solide est déformé, on peut dire que<br />

cette déformation est élastique si elle disparait<br />

avec la force et plastique si elle persiste.<br />

En revanche, un fluide réel, c’est-à-dire visqueux, se<br />

déforme continuellement dès qu’il est soumis à la<br />

moindre force de cisaillement. Le fluide s’écoule donc<br />

en résistant la déformation.<br />

Une force de cisaillement est une force tangentielle à<br />

la surface de l’élément fluide qui provoque un<br />

mouvement des couches voisines de fluide l’une par<br />

rapport à l’autre.<br />

Nous appelons un fluide parfait tout fluides (nonvisqueux)<br />

qui n’offre aucune résistance aux forces de<br />

cisaillements.<br />

On appelle un liquide un fluide pesant dont la masse<br />

volumique varie peu avec la pression ainsi qu’avec la<br />

température. Elle est ordinairement supposée<br />

invariable.<br />

La mécanique des fluides, au niveau<br />

macroscopique (de l’organisme) est fondée sur les<br />

mêmes principes de conservation que ceux de la<br />

mécanique (d’après Navier Stokes) :<br />

‣ Conservation de la masse<br />

‣ Conservation de la quantité de mouvement<br />

L’air et l’eau sont considérés des fluides<br />

newtoniens.<br />

Cela signifie que l’air et l’eau continuent de s’écouler<br />

quelque soient les forces extérieures qui agissent sur eux.<br />

Ainsi si nous agitons de l’eau à n’importe quelle vitesse,<br />

elle continue à s’écouler.


A. L’Hydrodynamique<br />

« Science du mouvement des liquides<br />

incompressibles et des résistances qu'ils<br />

opposent aux corps qui se meuvent par<br />

rapport à eux. », Larousse<br />

Le terme de “dynamique des fluide »<br />

représente l'étude du mouvement des fluides<br />

liquides ou gazeux, tels que l’air ou l’eau.<br />

Lorsque le fluide en question est l’eau on en<br />

appelle l'étude l’hydrodynamique.<br />

Il existe 2 types d’écoulements des fluides :<br />

les écoulements laminaires, qui sont linéaires<br />

et les écoulements turbulents, qui qui sont<br />

beaucoup moins réguliers.<br />

Dans un contexte expérimental<br />

Ainsi, afin d’aller plus vite, le nageur devra minimiser l’impact de ces résistance, il dispose de<br />

plusieurs méthodes :<br />

Afin de réduire le facteur de forme, le nageur devra s’allonger le plus possible dans l’eau,<br />

afin que la face frontale soit la plus petite possible (différentes nages peuvent accomplir<br />

ceci, de plus, les maillots dit “hydrodynamiques “ sont censés compresser le corps du nageur<br />

pour qu’il soit le plus longiligne possible)<br />

le nageur va former des vagues lorsqu’il nage, ce qui crée une résistance de vagues, (elle<br />

sont formées au niveau des bras et de jambes, ainsi, il est important que les pieds du<br />

nageur soient le plus proche de l’eau sans en sortir pour autant, créant moins de vagues)<br />

La dernière résistance est la traînée de frottement, elle est due au frottement de l’eau sur le<br />

corps du nageur, l'écoulement qui était laminaire devient turbulent, ce qui cree plus de<br />

frottements et le ralentit.<br />

Des matières telles que le polyuréthane sont utilisées afin de diminuer les frottements de l’eau. De plus, un<br />

matériau hydrophobe aidera l’eau à glisser sur la combinaison en repoussant l’eau (effet lotus).


Effet Lotus<br />

L’effet Lotus est un effet de superhydrophobie<br />

qu’on peut observer dans<br />

quelques insectes et près de 200 plantes.<br />

L’eau ne mouille pas la feuille et les gouttes<br />

sont même repoussés. Ceci fait que les<br />

gouttes d’eau sont en formes sphériques<br />

quand elles sont sur la feuille et la plante<br />

est protégée de l’eau.<br />

Plusieurs forces s'appliquent sur un nageur en mouvement dans<br />

l’eau, certaines forces peuvent le ralentir tandis que d’autres lui<br />

permettent d’avancer.<br />

C’est en jouant sur ces forces que les nageurs peuvent espérer<br />

aller plus vite.<br />

Par exemple, le nageur va rencontrer une résistance à<br />

l’avancement, force proportionnelle à la vitesse du nageur qui<br />

va le ralentir.<br />

Il existe trois facteurs à prendre en compte afin de minimiser<br />

les résistances :<br />

La vitesse de déplacement du nageur(V)<br />

La forme que va adapter le nageur (K)<br />

La surface que la nageur va opposer a l’avancement (S)<br />

Grace à ces trois valeurs, on peut alors calculer la valeur de la<br />

résistance que le nageur va rencontrer :<br />

R=K*S*V^2


Quid de l’air : La portance est ce qui pousse l’avion vers<br />

le ciel quand celui-ci vole. L’air vient frapper l’aile et<br />

rebondit dans la direction opposée à celle vers ou l’avion<br />

va (la surface de l’aile étant l’axe de symétrie) Les ailes<br />

d’oiseaux fonctionnent également de cette même manière.<br />

La forme de l’aile fait que la pression de l’air augmente<br />

sous l’aile la propulsant vers le haut (effet minimale), et<br />

augmente vers la borne d’attaque de l’aile. Ensuite elle<br />

diminue créant une vide entre les molécules d’air que doit<br />

remplir l’aile. La poussant ainsi vers le haut. Voilà un<br />

schéma explicatif :<br />

B. L’Aérodynamique<br />

Introduction :<br />

Pour des vents faibles :<br />

Vitesse rencontrée


Trajectoire<br />

La trajectoire :<br />

Poids<br />

La trajectoire est la courbe qui est formée par un<br />

ensemble de positions prises par un point lors de son<br />

mouvement. Cette notion est définie par un point est non<br />

par un objet parce que rien n’implique que ses différents<br />

points aient des trajectoires identiques. La trajectoire<br />

dépend toujours du référentiel choisi pour étudier son<br />

mouvement. Il faut donc toujours clarifier le référentiel<br />

par rapport à la trajectoire. En revanche, la trajectoire<br />

n’est qu’un paramètre du mouvement parce qu’elle peut<br />

être parcourue à des vitesses et à dans des sens<br />

différents. Il faut donc toujours préciser le sens et la<br />

vitesse du système de mouvement.<br />

Il y a cinq différents types de trajectoires :<br />

la trajectoire rectiligne, en forme de ligne droite,<br />

la trajectoire circulaire, en forme de cercle,<br />

la trajectoire elliptique, en forme d’ellipse,<br />

la trajectoire parabolique, en forme de parabole,<br />

et la trajectoire curviligne, ayant la forme d’une<br />

courbe quelconque.<br />

Poussée d’Archimède<br />

Le poids mesure une force d’attraction<br />

qu’exerce un astre sur un objet. Plus cette<br />

force d’attraction est grande, plus la masse<br />

de l’astre sera élevée. Cela signifie que le<br />

poids d’un objet peut varier dans l’univers et<br />

qu’il dépend de l’astre sur lequel il se trouve<br />

(ou de la proximité d’un astre). L’unité du<br />

poids est le Newton (N) puisque Newton est<br />

le premier à s’apercevoir que la Terre attire<br />

des objets vers elle.<br />

Sur Terre, cette attraction est en moyenne de<br />

9,81 m/s -2<br />

Equation du poids :<br />

P (N) = m (kg) x g (9,81m/s)<br />

Portance<br />

La portance est une force qui<br />

résulte de la différence de<br />

pression entre l’air qui s’écoule<br />

sur la face inférieur (intrados) et<br />

la face supérieur (extrados).<br />

La poussée d’Archimède est une force qui résulte du fait que<br />

le poids et la poussée soient proportionnels. Dans l’exemple<br />

ci-dessous, nous considérons qu’un cube est soumis à une<br />

force de pesanteur Fp, et plongé dans l’eau. Celui-ci subit une<br />

poussée d’Archimède dans la direction opposé à celle exercée<br />

par le poids. En fonction de la densité moyenne de cubes de<br />

même volume, la force Fp ne sera pas la même alors que la<br />

force Fa ne change pas. Le cube flottera si Fa>Fp mais<br />

coulera si Fa


II- Une Comparaison<br />

1. Le Nage<br />

A. L’Homme<br />

L’Homme n’est pas naturellement<br />

hydrodynamique. La plupart des mammifères<br />

ont des poils sur leurs peaux qui augmente la<br />

résistance. De plus, sa morphologie n’est pas<br />

adaptée à les nage. Les oreilles et les autres<br />

extrémités ajoutent de la résistance.<br />

B. Le Dauphin<br />

B/<br />

Le dauphin a une morphologie en forme de<br />

torpille et a un mouvement similaire à celui<br />

de la nage du papillon. Le dauphin a une<br />

peau très lisse et n’a pas de poils, même s’il<br />

est un mammifère. Ceci lui rend<br />

hydrodynamique et maximise sa vitesse. Un<br />

dauphin nage environ dix fois plus vite qu’un<br />

humain.<br />

C. Le Requin<br />

Le requin, comme le dauphin, est un très bon<br />

nageur. Sa morphologie adaptée à la nage fait<br />

qu’il est un des animaux les plus rapides dans<br />

l’eau. Son profil très effilé, ses écailles, et son<br />

manque de poils diminuent énormément la<br />

résistance.


2. Expérience de l’Aérodynamique<br />

A. Pour qu’un humain puisse voler<br />

Pour qu’un humain puisse voler, il faut que la portance et la poussée d’Archimède soient plus<br />

grandes que le poids. Pour qu’il y ait un vol stationnaire, il faut qu’il y ait une sustentation<br />

par réaction aérodynamique.<br />

Un oiseau comme un colibris peut faire ceci en battant ses ailes quatre-vingt fois par<br />

secondes. Mais puisque ceci n’est pas possible pour nous, nous allons nous concentrer sur<br />

l’aspect du décollage et de l’atterrissage.<br />

La propulsion est ce qui permet l’oiseau de se déplacer dans l’atmosphère selon une direction<br />

horizontal. La régulation ou l’équilibration est ce qui permet un oiseau de contrôler son vol.<br />

Donc, pour qu’un humain puisse voler, il faut que les forces résultantes équilibrent le poids.<br />

Quand un oiseau se déplace, l’air s’écoule moins vite au-dessus de l’aile qu’en dessous, qui<br />

résulte en la portance. Pour qui nous puissions voler, il faudra reproduire ce même effet.<br />

Les ailes elliptiques :<br />

On les retrouve chez les chauves-souris et les petits<br />

oiseaux de la forêt. Ces ailes permettent un haut degré<br />

de contrôle et de maniabilité dans des espaces confinés<br />

et minimise la traînée pour permettre une ascension et<br />

une descente rapide. Les fréquences des battements<br />

d’ailes sont généralement rapides. Les ailes<br />

elliptiques sont bien pour des virages serrés, des vols à<br />

faibles vitesses et des atterrissages et décollages<br />

fréquents.<br />

Les ailes à haute vitesse :<br />

On retrouve ce type d’ailes sur des hirondelles, les<br />

faucons, les oiseaux de rivages et certains canards. Les<br />

os sont relativement longs et les ailes se finissent en<br />

pointe pour permettre des vols à haute vitesse avec<br />

une petite traînée, et une conservation d’énergie.<br />

Puisque les ailes sont aussi très fines, elles doivent<br />

être battues pour des glissements courts et pour les<br />

descentes. Ce type d’aile est très efficace pour des<br />

vols à hautes vitesses mais ne peuvent pas garder un<br />

oiseau en l’air à une faible vitesse.


Des os creux<br />

Musculature et system nerveux qui permet a<br />

chaque plume de se déplacer<br />

indépendamment des autres pour que les flux<br />

d’aires passent entre les plumes pendant le<br />

battement en monter. Et l’inverse pendant<br />

les battements en descente créant la<br />

résistance et donc la pression.<br />

Vessie très petite afin d’allégir.<br />

C. Avantages d’êtres oiseaux<br />

B. Types de vol<br />

Les ailes à monte-charge :<br />

On retrouve ce type d’ailes sur les vautours, les condors<br />

et les faucons. Ce sont des ailes larges et relativement<br />

longues, qui permettent des décollages et des<br />

atterrissages dans des espaces relativement confinés.<br />

Elles permettent aussi une montée en altitude, un envol à<br />

faible vitesse, et des descentes lentes. La plupart de ces<br />

oiseaux sont des oiseaux terrestres avec une bonne<br />

manœuvrabilité qui est obligatoire pour pouvoir exploiter<br />

les courants d’air au-dessus du terrain.<br />

Les ailes de montée en altitude :<br />

On retrouve ce type d’ailes sur les vautours, les<br />

condors et les faucons. Ce sont des ailes larges et<br />

relativement longues, qui permettent des décollages et<br />

des atterrissages dans des espaces relativement<br />

confinés. Elles permettent aussi une montée en<br />

altitude, un envol à faible vitesse, et des descentes<br />

lentes. La plupart de ces oiseaux sont des oiseaux<br />

terrestres avec une bonne manœuvrabilité qui est<br />

obligatoire pour pouvoir outrepasser les courants d’air<br />

au-dessus du terrain.


III-<br />

Mis en pratique<br />

1. Nage inspiré de la dauphin<br />

De nos jours, plusieurs ingénieurs<br />

et scientifiques font des études<br />

afin d’appliquer le bio mimétisme<br />

pour améliorer l’hydrodynamique<br />

des nageurs en compétition.<br />

La combinaison LZR est une combinaison qui a été créée par Speedo en association avec la NASA.<br />

Cette combinaison est le fruit de recherches qui avaient pour but de fabriquer un maillot dont<br />

l’hydrodynamique était poussé jusqu'à son paroxysme. Cette combinaison ultralégère, ses composants<br />

les plus important sont des dérives du polyuréthane, un matériau souple et déformable mais qui va<br />

rester sur la peau du nageur afin de comprimer sont corps, de plus, la structure de ce maillot est<br />

censée imiter la structure de la peau du requin, améliorant ainsi drastiquement les performances.<br />

Elle a été interdite aux jeux olympiques cares record étaient battus trop facilement.<br />

La monopalme est inspiré du dauphin, elle imite sa<br />

nageoire caudale. Elle permet au nageur d’économiser<br />

énormément d’énergie tout en augmentant sa vitesse, ce<br />

qui la rend très utile. Les biplaces quant a elles sont<br />

inspirées des phoques.<br />

Les cellules de la peau du dauphin sécrètent une<br />

huile qui permet au requin d’aller plus vite en<br />

Les cellules de la peau du dauphin sécrètent réduisant une huile qui les permet frottements. au Théoriquement, en<br />

requin d’aller plus vite en réduisant les frottements. s’inspirant Théoriquement, de l’huile en produite par le dauphin,<br />

s’inspirant de l’huile produite par le dauphin, nous pensons qu’il qu’il serait serait possible de synthétiser<br />

possible de synthétiser une substance à appliquer une sur substance le corps du a appliquer nageur sur le corps du nageur<br />

afin de réduire les frottements.<br />

afin de réduire les frottements.<br />

L’objectif de cette expérience est d’évaluer<br />

quels types de vêtements sont les plus<br />

hydrodynamiques et d’augmenter ainsi les<br />

performances des athlètes en se<br />

rapprochant au maximum des avantages<br />

naturels des animaux aquatiques<br />

(particulièrement le dauphin).<br />

Les expériences auront pour but de mettre<br />

en lumière deux des avantages<br />

anatomiques du dauphin : Sa peau et sa<br />

queue.<br />

On va tester cela avec 3 participants :<br />

Bilal, Caroline, et Alexander<br />

Chaque participant va nager 50 yards (46<br />

m) chronométré dans un maillot de bain<br />

normal, et ensuite avec un maillot de bain<br />

plus hydrodynamique.<br />

On va aussi tester la nage avec et sans<br />

une mono palme.<br />

On va essayer plusieurs différents types<br />

de nages.


A. Expérience 1 :<br />

Dans un contexte expérimental<br />

Objectif 1 :<br />

Cette expérience a pour objectif de comparer la<br />

différence d’efficacité des matériaux et donc mettre<br />

en évidence les effets que produit la combinaison qui<br />

se rapproche de la peau du dauphin.<br />

Matériel requis 1 :<br />

piscine 25 yards de longueur.<br />

maillots de bains non<br />

compétitifs.<br />

maillots de bains compétitifs<br />

(on pourrait ajouter du nylon<br />

sur un non compétitif).<br />

chronomètre.<br />

participants: Bilal, Alex,<br />

Caroline<br />

Protocole:<br />

● Echauffement d’intensité minimale : 15 minutes.<br />

● 50 yards chronométré avec la combinaison non<br />

compétitive.<br />

● Temps de repos 5 minutes<br />

● 50 yards chronométré avec la combinaison en<br />

polyuréthane(effet lotus)


Sujet 1 avec short<br />

non hydrodynamique<br />

Sujet 1 sans short<br />

hydrodynamique<br />

Sujet 2 avec short<br />

non hydrodynamique<br />

Sujet 2 sans short<br />

hydrodynamique<br />

Résultats :<br />

25 yards Brasse Short normal Short hydrodynamique<br />

Sujet 1 18,18s 17,79s<br />

Sujet 2 20,85s 19,13s


B. Expérience 2 :<br />

Protocole 2 :<br />

● Echauffement simple.<br />

● 50 yards chronométré sans<br />

monopalme ou palme.<br />

● temps de repos 15 minutes<br />

● 50 yards chronométré avec<br />

monopalme ou palme.<br />

Objectif 2 :<br />

Cette expérience a pour objectif d’étudier les avantages<br />

anatomiques des dauphins et de voir si il est possible de<br />

les adapter à l’homme afin d’en améliorer ses performances.<br />

Matériel requis 2 :<br />

piscine 25 yards de longueur.<br />

palme ou mono palme<br />

chronomètre.<br />

participants: Bilal, Alex, Caroline<br />

(nage papillon?)1


Sujet 3 sans<br />

monopalme:<br />

Sujet 3 avec<br />

monopalme:<br />

Sujet 4 avec<br />

monopalme:<br />

Sujet 4 sans<br />

monopalme:<br />

Résultats :<br />

25 Yard Papillon Sans Monopalme Avec Monopalme<br />

Sujet 3 15,87s 11,23s<br />

Sujet 4 15,05s 11,98s<br />

Conclusion de l’Expérience de l’hydrodynamique :<br />

La vitesse change considérablement quand on introduit un autre aspect dans la<br />

nage des sujets. Pour la brasse, on a introduit un short hydrodynamique et pour<br />

le papillon on a introduit une monopalme pour améliorer les temps des sujets.<br />

Amélioration<br />

de temps<br />

Sujet 1 Sujet 2 Sujet 3 Sujet 4<br />

2,15% 8,25% 29,24% 20,40%<br />

On peut voir que le short hydrodynamique à améliorer les temps de 5,2% en<br />

moyenne et que la monopalme a améliorer les temps de 24,82% en moyenne.


2. Mesure de la<br />

portance d’une<br />

aile d’avion<br />

Nous cherchons à mesurer la portance de l’aile<br />

d’avion modèle dans les différentes conditions du vent.<br />

Matériels :<br />

o Aile d’avion<br />

modèle<br />

o Ventilateur<br />

o Anémomètre<br />

o Polystyrène<br />

o Bâtons<br />

o Colle<br />

o Une bouteille<br />

d’eau pour tout<br />

équilibrer<br />

o Une balance<br />

Protocole :<br />

Pour cette expérience il faudra tout d’abord monter l’aile d’avion<br />

modèle sur le polystyrène avec les deux bâtons à l’aide de la<br />

colle. En premier, il faut mesurer la vitesse du vent que le<br />

ventilateur émit en utilisant l’anémomètre. Ensuite, il faudra<br />

mesurer la masse de l’aile d’avion modèle sans avoir mis le<br />

ventilateur en marche avec l’aile d’angle de 0 degré. Après avoir<br />

fait ceci, il faudra mesurer la masse de l’aile du même angle<br />

avec le ventilateur en marche. Subséquemment, il sera nécessaire<br />

de répéter cette étape avec les angles +45 degrés et -45 degrés.<br />

Expérience


ce<br />

Mesures :<br />

0 ° +45° -45°<br />

Sans vent 1863g 1806g 1318g<br />

Avec vent 1844g 1774g 1380g<br />

Portance 19 32 -62<br />

Le vent que le ventilateur émit mesure 10 m/h ce qui est égal à 16,09 km/h.<br />

Conclusion :<br />

Nous pouvons voir d’après le tableau que<br />

la portance la plus grande est quand<br />

l’aile d’avion modèle est mis à un angle<br />

de +45 degrés. Quand l’aile est orientée<br />

vers le bas, nous pouvons voir que la<br />

portance diminue. Quand le vent est de<br />

16,09 km/h et l’angle de l’aile est de<br />

+45 degré, alors la portance est de 32.<br />

Elle est donc la plus effectif.<br />

Amélioration :<br />

Pour améliorer notre expérience il faudrait utiliser<br />

une autre substance autre que la colle pour fixer<br />

l’aile d’avion sur le polystyrène. Ceci est car la colle<br />

n’est pas assez et résistante pour soutenir les bâtons.<br />

De plus, pour être plus précis pour l’expérience, il<br />

faudrait faire plusieurs mesures de la masse de l’aile<br />

à différentes vitesses de vents pour les comparer.


Sources<br />

www.math.unicaen.fr/~ridha/pdf/DynFluideM1-cours.pdf<br />

https://youtu.be/4jKokxPRtck<br />

www.Howthingsfly.si.edu/aerodynamics<br />

www.learner.org/jnorth/tm/FlightLesson.html<br />

www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/710622.pdf<br />

www.Ornithology.com/ornithology-lectures/flight/<br />

http://www.grc.nasa.gov/www/k-12/freesoftware_page.htm<br />

26/09<br />

o http://www.biomimicry.eu/le-biomimetisme/<br />

o http://www.encyclo-ecolo.com/<strong>Biomimétisme</strong><br />

o https://www.youtube.com/watch?v=x9UwJlM0YXU<br />

27/09<br />

o http://www.ornithomedia.com/pratique/debuter/anatomie-oiseau-concu-pour-voler-00008.html<br />

10/10<br />

o “Le vol de l'oiseau, bases de l'art du vol”<br />

http://www.carnetdevol.org/Otto/planements.html<br />

les études d’otto L., un pionnier de l’aéronautique<br />

o “otto lilienthal”<br />

https://fr.wikipedia.org/wiki/Otto_Lilienthal<br />

page sur otto lilienthal<br />

24/10/16<br />

o http://www.ilosport.fr/natation/tout-savoir/l-hydrodynamisme-dynamite-la-nage/<br />

o http://mathias.bavay.free.fr/these/html/node190.html (equations de l’hydrodynamique)<br />

o http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k99738m/f6.image (equations de l’hydrodynamique)<br />

o http://tpenatation.e-monsite.com/pages/i-actions-subis/b-l-hydrodynamique-en-natation.html<br />

(l’hydrodynamique en natation)<br />

o http://www.mecaflux.com/hydrodynamique.htm (hydrodynamique)<br />

7/11/2016<br />

o http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-flottabilite-13184/ (flottabilité)<br />

o http://ffessm67.free.fr/technique/cours/ArchiVisionSon-N4.pdf (flottabilité)<br />

o http://ffn.extranat.fr/html/publications/nat_mag/1648.pdf (combinaison de nages)<br />

8/11/2016<br />

o http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-poussee-archimede-8127/ (les<br />

forces)<br />

14/11/2016<br />

o https://www.ladhyx.polytechnique.fr/fr/<br />

3/1/2017<br />

o www.editions.polytechnique.fr/files/pdf/EXT_1332_5.pdf


o Giphy<br />

o National Geographic Édition 2011, Your Shot<br />

o Photos par Madeleine Gassin, 2016<br />

o Dessins par Annaliyse Bowden 2016

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