Léonard de Vinci pose les bases de l’aéronautique

Cette année est spéciale, pour qui s’intéresse aux Arts ou aux Sciences et Techniques ou les deux à la fois : 2019, marque le 500e anniversaire de la mort du Grand Leonard de Vinci. Il s’est éteint le 2 Mai 1519 au Château du Clos Lucé à Amboise aux côtés de François 1er (j’avais parlé de ce superbe château riche en histoire et en mémoire et son contenu dans ce précédent billet).

Alors pour ne pas laisser passer cette année anniversaire sous silence, je me suis décidée à consacrer quelques nouveaux articles afin de rendre, un bien maigre hommage au regard de qu’il a laissé, à ce génie à l’esprit si brillant dont l’oeuvre artistique suscite toujours autant d’émotion.

Son esprit fertile bouillonnant d’idées, sa curiosité insatiable déployée dans tant de domaines, sa soif d’innovation, sa créativité nous ont été révélés par l’ensemble des manuscrits qui ont pu arriver jusqu’à nous. Sa quête de perfection dans sa façon d’apprendre et de comprendre le monde, l’ont poussé à beaucoup griffonner. Tout ce qu’il observe et analyse, ses réflexions, ses pensées, ses idées, ses projets avec schémas et dessins ont été soigneusement consignés dans des carnets de notes qu’il emporte partout avec lui ! Pendant longtemps, ces manuscrits ont été disséminés dans le monde, certains perdus mais des milliers de pages ont fini par refaire surface quelques centaines d’années après sa mot.

Leonard de Vinci pose les bases de l’aéronautique
Sa démarche
Depuis toujours, l’Homme est fasciné par le vol et  voler par lui-même est un rêve bien ancré qui a longtemps conduit à l’échec ! Poussé par sa curiosité et fort de son esprit scientifique, Leonard de Vinci n’échappe pas à la règle : il est littéralement passionné par l’idée du vol par l’homme et il dessinera d’innombrables plans, assortis de commentaires et d’explications détaillées, afin de construire des machines. L’étude de ces documents montre que l’inventeur avait déjà bel et bien jeté les bases de l’aéronautique.

Manuscrit de L. de Vinci sur l’étude du vol des oiseaux

Il est parti, comme le veut l’approche scientifique, par une grande phase d’observations : les oiseaux sont le modèle par excellence et constituent une source incroyable de petits détails à observer.

Bref, d’après les manuscrits, on comprend que Leonardo a étudié le battement des ailes, la façon dont l’oiseau reste en équilibre, prend de l’altitude en étant face au vent et la façon dont se fait un changement de direction !
Son intérêt et ses connaissances en anatomie et en mécanique (étude des mouvements et  des forces) l’aident beaucoup. Il couche alors sur papier, des dessins d’ailes mécaniques ou de machines volantes, des schémas assortis de notes, de détails pour expliquer une forme mais aussi la dynamique et les mécanismes et la façon de les actionner. On y retrouve des vis sans fin, leviers, poulies, engrenages…

Manuscrit d’une machine volante (1488)

En observant de telle sorte les oiseaux, Léonard de Vinci cherchait à percer les lois physiques qui leur permettent de voler. Il a ainsi décortiqué les notions de portance et de traînée :
– la portance est la force qui permet de contrecarrer le poids pour la sustentation : elle est créée par la différence de pression entre le dessus et le dessous d’une aile,
– la traînée est la force de résistance à la pénétration dans l’air lorsqu’un corps est en mouvement. La traînée doit être compensée par la propulsion.
Ainsi, il comprend que le battement d’aile de haut en bas ne contribue pas à la portance mais à la propulsion.
Il avait compris que ces deux forces étaient fonction de la surface de l’objet (donc de sa forme) et de la vitesse de circulation de l’air autour de lui (en fait c’est même de la vitesse d’air au carré).
Bien que les machines qu’il avait pensées n’aient jamais pu « décoller » faute d’une propulsion suffisante, les bases des principes physiques de l’aéronautique sont posées… et force est de constater que les recherches actuelles sur le design, les matériaux (aussi bien sur l’aéronef que les réacteurs) portent sur l’optimisation fine de la portance et la minimisation de la traînée !

Léonard de Vinci avait aussi montré que pour étudier le vol et toutes ces contraintes, deux approches équivalentes étaient possibles : en considérant soit un corps au repos dans un flux d’air soit un corps en mouvement dans un environnement d’air calme. C’est sur ce principe d’équivalence que reposent les études actuelles en soufflerie pour l’optimisation du design des avions : les souffleries fournissent toute une série de données expérimentales qui permettent de bâtir un modèle théorique. Je vous en avais parlé dans ce précédent billet consacré à l’ONERA.

Le démonstrateur Eole pour la mise en orbite de petits satellites testé en soufflerie (Crédit ONERA)

Je terminerai par un dernier clin d’œil au génie italien en vous parlant de la vis aérienne (maquette visite au Château du Clos Lucé). Fort de ses observations du vol oiseaux, de ses études de la vis d’Archimède, le grand homme développe un concept de machine volante équipée d’une hélice conçue dans un matériau adéquat (toile de lin engluée d’amidon).

Maquette de la vis aérienne au château du Clos Lucé

Mais l’énergie musculaire est trop faible pour faire décoller l’engin qui sera néanmoins considéré comme le précurseur de l’hélicoptère.

Note : Cet article fait partie des sujets abordés dans mon livre « Le Monde et Nous »

Références :
Ouvrage « Les machines de Léonard de Vinci, Secrets et inventions des codex« , Domenico Laurenza, Mario Taddei, Edoardo Zano, Editions Gründ

https://airandspace.si.edu/stories/editorial/leonardo-da-vinci-and-flight