Pourquoi les ailes des oiseaux leur permettent-elles de voler ?

Le vol d'un oiseau obéit à la même physique que celui d'un avion. Vue de profil, l'aile d'un oiseau présente un bord d'attaque arrondi, une surface supérieure plus courbée que l'inférieure, et un bord de fuite fin : exactement un profil aérodynamique. Lorsque l'oiseau avance, l'aile fend l'air selon un certain angle d'incidence et force le flux d'air à s'incurver vers le bas. Selon la troisième loi de Newton, l'air dévié vers le bas repousse l'aile vers le haut ; en même temps, le flux accéléré sur la surface supérieure y laisse une pression plus basse que sur la surface inférieure. Les deux descriptions sont les deux faces d'un même phénomène, la portance, et ensemble elles expliquent pourquoi un goéland peut se maintenir en vol plané sans battre des ailes.

Un avion sépare les deux fonctions : l'aile porte et le moteur pousse. L'oiseau les fusionne dans le battement. Lors du mouvement descendant, la partie externe de l'aile (la « main », avec les rémiges primaires) s'incline et agit comme une hélice, repoussant l'air vers l'arrière et vers le bas, produisant de la poussée en plus de la portance. Lors du mouvement ascendant, l'aile se replie partiellement et les primaires s'écartent comme des becs de volet pour laisser passer l'air et réduire la traînée. Les grands oiseaux, comme les cigognes ou les vautours, minimisent le battement et utilisent les courants thermiques pour gagner de l'altitude en tournant en cercles ; les petits, aux ailes courtes et arrondies, battent rapidement pour se faufiler dans la végétation.

Voler exige que la portance égale le poids, c'est pourquoi l'évolution a allégé tout ce qu'elle a pu. Les os des oiseaux sont creux et renforcés par des entretoises internes, le bec remplace les dents, et des sacs aériens prolongent les poumons dans le squelette. Les plumes aussi sont des structures extraordinairement efficaces : rigides dans la hampe, flexibles dans les barbes, et capables de s'accrocher entre elles pour former une surface continue qui peut être réparée avec le bec. L'oiseau ajuste la forme de son aile instant par instant, en changeant la flèche, le vrillage et la cambrure, et utilise la queue comme stabilisateur et comme frein. Un avion imite ce contrôle avec des volets, des ailerons et des gouvernes de direction ; l'oiseau l'a intégré dans ses muscles et ses tendons.

Des pionniers comme Otto Lilienthal jusqu'aux frères Wright ont étudié le vol des oiseaux pour comprendre comment l'équilibre est maintenu et comment une surface portante est contrôlée. Le vrillage des ailes (wing warping) du Flyer de 1903 est venu de l'observation de la façon dont les vautours tordent le bout de leurs ailes pour tourner. Aujourd'hui, les ailettes (winglets) des avions commerciaux imitent les rémiges primaires déployées des rapaces pour réduire la traînée induite au bout de l'aile.