La nageoire de la baleine à bosse
La baleine à bosse est un des plus lourd et imposant mammifère. En effet, un spécimen moyen pèse entre 30 et 40 tonnes et mesure 19 mètres. Malgré ses mensurations, elle réussit à se déplacer avec une agilité étonnante dans l'eau et peut accélérer jusqu'à 30km/h.
Ce déplacement fluide et agile est dû à une caractéristique physique de la nageoire de cette espèce: elle possède de larges excroissances irrégulières le long du bord d'attaque (bord avant du membre) nommées tubercules. Ces tubercules créent des tourbillons qui augmentent l'angle d'attaque (ou angle d'incidence) de la baleine ce qui facilite ces mouvements.
Comparons la baleine à un avion: les pilotes augmentent l'angle d'attaque de l'aile afin d'augmenter la portance. 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» (document à droite). Après l'étude de la nageoires de la baleine, les chercheurs ont constaté qu'elle ne réagissait pas de la même manière. L'angle critique d'attaque est bien plus élevé qu'avec l'aile entièrement lisse d'un avion classique: 31° au lieu des 16°. Le décrochage est décrit comme «doux» et non pas violent. Il se fait progressivement, ce qui donne le temps au mammifère de reprendre de la vitesse ou un angle d'attaque moins élevé. La nageoire de la baleine a donc une meilleure emprise sur les fluides (air, eau...).
La taille de l'animal!...
Par ses propriétés impressionnantes, la nageoire de la baleine à bosse a inspiré de nombreux domaines tels que l’aviation, la ventilation, l’industrie du moteur et le domaine éolien. La compagnie canadienne WhalePower créée par un professeur de biologie, Franck Fish, s’est basée sur les travaux de chercheurs de l’Université de Harvard datant de 2004.
De premiers tests ont d’abord été réalisés dans une soufflerie sur un modèle de pale d’éolienne composée de tubercules mis en place grâce à la participation de l’Institut de l’énergie éolienne du Canada. Les résultats en découlant sont surprenants: les chercheurs ont obtenu une diminution conséquente du bruit produit par la pale, une augmentation de l’efficacité des éoliennes de 20% et une meilleur résistance aux intempéries (tempêtes de neige et ouragans) car on observe un gain de stabilité.
Grâce à l’observation de la nature, l’homme réussit à trouver une solution au problème de l’éolien. Bien que cette nouvelle génération d’éoliennes soit toujours en phase expérimentale, elle permettra bientôt de rendre les éoliennes plus productives et donc capable de remplacer les types de productions d’électricité polluants.
Expérience
Nous avons souhaité vérifier par nous même si cette amélioration du modèle basique de pale d'éolienne était réellement efficace. Pour cela nous avons recréé les tubercules de la nageoires de la baleine (en papier) sur un modèle d'éolienne disponible dans notre lycée. Nous avons compté le nombre de tours sur 2 minutes pour une éolienne basique et notre éolienne modifiée.
Résultats attendus: Le nombre de rotations pour l'éolienne modifiée est supérieure à celui de l'éolienne basique.
Résultats: Nous avons obtenu 67 tours pour une éolienne de base et 80 tours pour une éolienne modifiée, soit 19,4% d'augmentation grâce aux tubercules de papier. Notre résultat correspond au chiffre officiel de 20% que l'on peut trouver dans des revues ou sur internet.
Vidéo de l'expérience: Nous avons superposé la vidéo de l'éolienne basique et celle de notre éolienne biomimétique et avons pris comme référence la pale possédant une tubercule violette. Nous pouvons observer que la pale violette modifiée rattrape la pale simple.
