La baleine à bosse possède une particularité étonnante : le bord avant de ses longues nageoires n’est pas lisse. Il porte une série de bosses, appelées tubercules. Les chercheurs ont repris cette forme pour modifier les pales d’un simulateur de propulsion aéronautique. Leur idée consiste à mieux guider l’air autour des pales lorsqu’elles tournent.
Pour comprendre l’intérêt de ces bosses, il faut regarder ce qui arrive à l’air sur une pale. Dans certaines conditions, l’écoulement peut se décoller de la surface et former des tourbillons. Une partie de l’énergie est alors perdue. La géométrie inspirée de la baleine modifie la circulation de l’air et limite ce phénomène dans le modèle étudié.
Baleine à bosse montrant sa longue nageoire pectorale dans l’océan.
Crédit : Wikimedia Commons.
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Les chercheurs ont construit un modèle numérique capable de calculer à la fois le mouvement de l’air et la déformation des pales. Plusieurs formes ont ainsi pu être comparées.
Les écarts obtenus sont importants dans cette simulation. Avec les bosses, le débit d’air traversant un canal entre les pales augmente de 4,09 %. Le rapport entre la pression en sortie et celle en entrée progresse de 4,85 %. Les auteurs calculent également une hausse marquée du rendement de la pale, de 67,014 % à 89,861 % dans la configuration optimisée.
La modification ne semble pas rendre la pale plus fragile dans le modèle. Sa déformation maximale, rapportée au diamètre du disque, passe de 0,306 % à 0,239 %. Autrement dit, la pale modifiée se déforme légèrement moins sous les efforts calculés. Ce résultat reste toutefois théorique à ce stade.
Pourquoi une nageoire de baleine peut-elle servir de modèle à une pièce aéronautique ? Dans les deux cas, une surface doit se déplacer efficacement dans un fluide : l’eau pour l’animal, l’air pour la pale. Les bosses changent localement la manière dont ce fluide contourne la surface. Leur forme peut ainsi retarder certains écoulements défavorables.
La prochaine étape sera de dépasser la simulation. Les auteurs indiquent que la structure doit encore être optimisée pour améliorer sa rigidité et sa fiabilité en service. Des essais physiques seront nécessaires avant de savoir si les gains calculés peuvent être retrouvés sur une pale réelle soumise aux contraintes d’un système de propulsion.