Bionique  

Enroulements

Hélices

ailettes et pales génèrent un mouvement en hélice

BIONIQUE : Petit observatoire des inventions de la nature :

Lorsqu’une spirale se développe en trois dimensions, on parle d’une hélice.

Le mot hélice est issu du grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d’hélice est dit hélicoïdal.

Une éolienne à axe horizontal est une hélice perpendiculaire ...

Au tout début de la vie, la macromolécule de l’ADN (acide désoxyribonucléique), constituée par des milliards d’atomes liés les uns aux autres, est en forme d’hélice, une double hélice, la double hélice de la vie, dont chaque hélice et chaque filament est constitué par un chapelet de molécules plus petites. On appelle ces molécules constitutives : les nucléotides.

La molécule de l'Acide Desoxyribo-Nucléique prend dans l'espace une forme de double-hélice.  JPEG - 25.5 ko
Double hélice d’une molécule d’ADN
La molécule de l’Acide Desoxyribo-Nucléique prend dans l’espace une forme de double-hélice.

Les petits fruits ronds (nucules) du tilleul à petites feuilles Tilia cordata sont suspendus par une tige grêle équipée d’une ailette, sorte d’ hélice végétale, qui, lorsqu’elle se détache à maturité, tournoie sur elle-même comme une hélice :

Le tilleul, Tilia cordata, est un arbre.  JPEG - 30.3 ko
La forme en hélice de la graine de tilleul
Le tilleul, Tilia cordata, est un arbre.

Ce mouvement de rotation de la samare agit comme un mécanisme de ralentissement de chute. Un coup de vent latéral peut alors emporter ce fruit très loin de son arbre d’origine et lui permettre de germer ailleurs et ainsi se reproduire. Sir Georges Cayley (1773-1857), pionnier anglais de l’aérodynamique, fut le premier à prendre en considération, en 1808, le mouvement de rotation de la samare de l’érable Acer platanoides, qui, en se détachant de l’érable, se met à tournoyer à grande vitesse en se vissant littéralement dans l’air, sa chute étant ralentie par ce mouvement de rotation. Sir Georges Cayley étudiait soigneusement le déplacement aérien des graines (par exemple il dessina un projet de parachute devant ’être d’une grande stabilité grâce à ses nervures relevées, inspiré du vol très régulier des aigrettes de Tragopogon porrifolius, le salsifis des près, en forme de parachute inversé que Cayley observait dans les prés.

* Une éolienne à axe horizontal est une hélice perpendiculaire ...

La nébuleuse de l’Hélice ressemble à un oeil.

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La nebuleuse de l’hélice

Peut-être en observant le vol en hélice des samares et autres graines dispersées par le vent, les humains (dont Archimède avec sa vis qui sera plus tard le mode de propulsion pour des engins amphibie) ont inventé les ventilateurs, les moulins à vent, les éoliennes, les rotors d’hélicoptères, différentes sortes de pales tournant en hélice autour d’un axe et toutes sortes de jeux aériens, puis les moteurs électriques entraînant des hélices aériennes et des turbines... et des escaliers en colimaçon de forme hélicoïdale.

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Moulin à vent
Un escalier construit en hélice autour d'un pilier central.  JPEG - 22.6 ko
Escalier pour gain de place
Un escalier construit en hélice autour d’un pilier central.

Un rotor, en météorologie, est un mouvement tourbillonaire (donc en hélice), de l’air qui engendre des turbulences dangereuses pour les aéronefs en vol.

Et maintenant, jouons un peu :

Fabrication d’une petite hélice-parachute en papier :

Prenez deux bandes de papier mince de 15 centimètres environ de long sur 1 ou 2 centimètres de large. Tortillez-les ensemble sur une longueur de 10 centimètres, et inclinez légèrement à droite et à gauche les deux bouts de 5 centimètres restés libres, de façon que l’ensemble représente la forme de la lettre Y de l’alphabet.

Vous aurez ainsi construit, en moins d’un instant, un jouet d’un nouveau genre.

Si vous le laissez tomber d’une fenêtre, par un temps calme, vous le verrez tournoyer sur lui-même, comme une hélice, dont l’axe serait vertical, et si rapidement que l’oeil ne peut plus en distinguer les branches. Ce mouvement de rotation est imprimé à l’appareil par la résistance de l’air agissant sur les ailettes qui sont légèrement inclinées sur l’horizon ; de plus cette résistance de l’air vient retarder l’accélération due à la pesanteur et diminuer la vitesse de la chute. Notre hélice est donc en même temps un parachute.

Dans un appartement, vous monterez sur une chaise pour pouvoir lâcher votre hélice le plus haut possible au-dessus du plancher.
Ce gracieux jouet, si simple à improviser, sera bien accueilli par les enfants, surtout si vous faites vos hélices avec des papiers de différentes couleurs, et que vous les lanciez d’un point élevé, d’une fenêtre, par exemple, par temps calme : les enfants, placés en bas, s’amuseront à attraper au vol les petites hélices, après les avoir vues, comme de légers papillons, tourbillonner dans l’espace en produisant l’effet le plus gracieux.

Voir aussi :

Un hélicoptère en papier qui fonctionne très bien. On l’appelle aussi un autogyre. C’est l’air qui fait tourner les pales.

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Fabrication d’une hélice en papier
 

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