s'élever ou même se soutenir en l'air: M. Coulomb, de l'Académie
des sciences, a lu, il y a plus d'un an, dans une de nos séances,
un mémoire où il fait voir par le calcul des forces de l'homme,
fixées par l'expérience, qu'il faudrait des ailes de douze à
quinze mille pieds, mues avec une vitesse de trois pieds par
seconde; il n'y a donc qu'un ignorant qui puisse former des
tentatives de cette espèce[27].
[Note 26: On s'occupait beaucoup à cette époque des baguettes
divinatoires pour la recherche des sources.]
[Note 27: Blanchard et de Lalande eurent plus tard des
discussions animées au sujet des aérostats, et Lalande finit
par exécuter une ascension aérostatique.]
On voit que l'astronome était sévère.... mais juste, serons-nous
tenté d'ajouter. Quoiqu'il exagérât singulièrement le diamètre des
ailes artificielles qu'il faudrait pour enlever un homme (15 000
pieds!), il est certain que la voiture volante de Blanchard n'aurait
jamais pu s'élever. J'en reproduis l'un des dessins (fig. 9) d'après
des gravures fort rares que je possède. Ces gravures, peintes à la
main, ont été publiées en juillet 1782 par Martinet, qui était au
contraire un adepte convaincu de l'aviateur.
[Illustration: Fig. 10.--Caricature sur la voiture aérienne ou
vaisseau volant de Blanchard. (D'après une gravure du temps.)]
L'examen que j'ai fait du vaisseau volant, dit Martinet dans le
_Journal de Paris_ du 8 juillet 1782, m'ont convaincu de sa
possibilité et m'ont déterminé à en graver le tableau que je
publie. La raison qui retarde l'expérience de ce vaisseau est la
lenteur des ouvriers que l'auteur de cette ingénieuse mécanique a
employés jusqu'à présent.... Qui souhaite plus de voler? Celui
sans doute qui est sûr du succès de son invention par des
principes fondés sur des tentatives multipliées qu'il a faites
avec succès. Il s'élèvera, il volera et tout incrédule dira: je
ne l'aurais pas cru.
MARTINET,
Ingénieur et graveur du
Cabinet du Roi, rue St-Jacques,
près St-Benoît.
Malgré les affirmations de l'éditeur Martinet, le public attendit en
vain l'expérience publique tant de fois annoncée; on ne tarda pas à
se moquer de l'aviateur, comme l'indique la curieuse gravure
satirique ci-contre (fig. 10), où des ânes sont «en admirant le
départ du vaisseau volant».
Blanchard ne s'éleva pas et ne vola pas, si ce n'est bientôt avec
les ballons, dont la première expérience eut lieu à Annonay, le 5
juin 1783.
L'inventeur du vaisseau volant, s'inclina d'ailleurs de bonne grâce
devant les merveilleux résultats obtenus par les Montgolfier, et il
devint un de leurs plus fervents disciples.
V
L'HYDROGÈNE ET LA DÉCOUVERTE DES AÉROSTATS
Cavendish et la découverte du gaz hydrogène. -- Le docteur Black
et le principe des aérostats. -- Les bulles de savon gonflées
d'hydrogène de Tibère Cavallo. -- Les frères Montgolfier et les
ballons à air chaud. -- Le physicien Charles et les ballons à
gaz.
Pour terminer l'étude que nous avons entreprise, des antériorités à
la découverte des ballons, nous citerons quelques faits curieux,
relatifs à de véritables expériences aérostatiques faites en petit,
avant la construction de la montgolfière d'Annonay. Ces expériences
sont la conséquence de la découverte du gaz hydrogène et de ses
propriétés.
Dès que Cavendish eut constaté que le gaz hydrogène est beaucoup
plus léger que l'air, l'idée des ballons pouvait naître. Elle
naquit, en effet, mais sans être mise immédiatement en exécution.
Il semble probable que le docteur J. Black, d'Édimbourg, eut la
conception des aérostats, comme l'indiquent les passages de la
lettre qu'il a écrite au docteur Lind, après la découverte des
frères Montgolfier.
Il me parut, dit le docteur Black, en 1784, suivre des principes
de M. Cavendish, que, si une vessie suffisamment mince et légère
était remplie d'air inflammable, la vessie et l'air qui y serait
contenu formeraient une masse moins pesante que le même volume
d'air atmosphérique et qu'elle s'élèverait dans l'espace. J'en
parlai à quelques-uns de mes amis et dans mes leçons, lorsque
j'eus occasion de traiter de l'air inflammable, ce qui fut dans
l'année 1767 ou 1768.
Le docteur Black ne fit pas l'expérience; mais elle fut tentée en 1782
par un Anglais, Tibère Cavallo, comme le prouve incontestablement une
curieuse note présentée, le 20 juin 1782, à la Société royale de
Londres, et de laquelle nous empruntons les passages suivants:
... Il s'agissait, dit Cavallo, après avoir exposé quelques
notions sur le gaz inflammable, de construire un vaisseau ou une
espèce d'enveloppe qui, remplie d'air inflammable, serait plus
légère qu'un volume égal d'air commun, et qui conséquemment
pourrait monter, de même que la fumée, dans l'atmosphère, car on
savait bien que l'air inflammable est spécifiquement plus léger
que l'air commun.... J'essayai les vessies les plus minces et les
plus grandes que je pus me procurer. Quelques-unes furent
nettoyées avec beaucoup de soin en ôtant toutes les membranes
superflues, et les autres matières qu'il était possible
d'enlever; mais, malgré toutes ces précautions, la plus légère et
la plus grande des vessies préparées étant pesée, et le calcul
nécessaire fait, il se trouva que lorsqu'elle serait remplie
d'air inflammable, elle serait au moins de dix grains plus
pesante qu'un égal volume d'air commun, et que conséquemment elle
descendrait au lieu de monter. Nous trouvâmes aussi que quelques
vessies qui servent aux poissons à nager étaient trop pesantes.
Je ne pus jamais réussir à faire aucune bulle légère et durable,
en soufflant de l'air inflammable dans une solution épaisse de
gomme, les vernis épais ni les peintures à l'huile. Enfin les
bouteilles (bulles) de savon remplies d'air inflammable furent la
seule chose de cette sorte qui s'éleva dans l'atmosphère; mais
comme elles se détruisent facilement et qu'on ne peut les manier,
elles ne semblent applicables à aucune expérience de physique.
Tibère Cavallo dans son mémoire donne la description complète de
l'appareil qu'il emploie pour gonfler d'hydrogène les bulles de
savon[28]. Il prépare le gaz dans une petite fiole de verre, il en
remplit une vessie munie d'un tube, qu'il plonge dans un bassin
plein d'eau de savon; il la presse entre les mains; les bulles se
dégagent, gonflées de l'air inflammable; elles s'élèvent dans
l'atmosphère. Le physicien anglais continue en ces termes:
[Note 28: _Histoire et pratique de l'aérostation_, par M.
Tibère Cavallo, traduit de l'anglais. Un vol. in-8º, Paris,
MDCCLXXXVI.]
Dans les différentes tentatives que je fis pour la réussite de
l'expérience dont j'ai déjà parlé, j'employai le papier, qui
semblait propre pour la construction d'une enveloppe, qui,
remplie d'air inflammable, serait plus légère que l'air commun;
d'après cela, je me procurai de très beau papier de la Chine, je
m'assurai de son poids; le calcul nécessaire étant fait, je
donnai à cette enveloppe une forme cylindrique, terminée par deux
cônes très courts, et la fis de telle dimension que, venant à
être remplie d'air inflammable, elle fût plus légère qu'un pareil
volume d'air commun, d'au moins vingt-cinq grains; en
conséquence, elle devait s'élever comme la fumée dans
l'atmosphère.
Après avoir essayé cette machine de papier en la remplissant
d'air commun, je mis dans une grande bouteille de l'acide
vitriolique affaibli, et de la limaille de fer pour retirer de
l'air inflammable qui, à l'instant de son dégagement, devait
remplir cette enveloppe, qui avait communication avec la
bouteille par un tube de verre, et était suspendue au-dessus de
cette bouteille. On avait fait sortir l'air commun de la machine
de papier en la comprimant; mais je fus très étonné de voir que,
malgré le dégagement rapide de l'air inflammable, elle ne se
remplissait nullement, et que, d'un autre côté, l'air inflammable
répandait une très forte odeur dans la chambre.... L'air
inflammable passait à travers les pores du papier, comme l'eau au
travers d'un crible.
On voit que jamais expérimentateur n'atteignit de plus près le grand
but de l'aérostation. Tibère Cavallo est digne d'avoir son nom
inscrit parmi les précurseurs des Montgolfier, mais il se borna à
exécuter une simple expérience de laboratoire; il ne songea pas à
rendre les tissus imperméables pour conserver l'hydrogène, il
s'arrêta au moment même où il touchait du doigt la solution du
problème.
Il allait appartenir aux frères Montgolfier de lancer pour la
première fois, à l'air libre, la sphère aérostatique, dont ils sont
incontestablement les inventeurs. Sans rien vouloir leur enlever de
la gloire qui leur est due, nous espérons avoir montré qu'il est
intéressant, au point de vue historique, d'étudier ce qu'ont pu
entreprendre ou proposer leurs précurseurs.
On a souvent donné des récits différents sur l'origine de cette
étonnante découverte. Voici comment M. de Gérando en a fait
connaître le premier motif dans sa notice biographique sur Joseph de
Montgolfier, et d'après ce que lui avait dit l'inventeur lui-même.
Joseph Montgolfier se trouvait à Avignon et c'était à l'époque où
les armées combinées tentaient le siège de Gibraltar. Seul, au
coin de sa cheminée, rêvant selon sa coutume, il considérait une
sorte d'estampe qui représentait les travaux du siège; il
s'impatientait de voir qu'on ne pût atteindre au corps de la
place, ni par terre, ni par eau. «Mais ne pourrait-on point y
arriver au travers des airs? la fumée s'élève dans la cheminée;
pourquoi n'emmagasinerait-on pas cette fumée de manière à en
composer une force disponible?» Son esprit calcule à l'instant le
poids d'une surface donnée de papier ou de taffetas; construit
sans désemparer son petit ballon, et le voit s'élever du
plancher, à la grande surprise de son hôtesse et avec une joie
singulière. Il écrit sur-le-champ à son frère Étienne, qui était
pour lors à Annonay[29]: «Prépare promptement des provisions de
taffetas, de cordages, et tu verras une des choses les plus
étonnantes du monde.»
[Note 29: La lettre existe encore et a été produite à
l'Institut à l'occasion de la nomination de Joseph de
Montgolfier.]
C'est le 5 juin 1783 que Joseph et Étienne Montgolfier lancèrent
pour la première fois à l'air libre la sphère aérostatique. C'était
un ballon de papier gonflé d'air chaud. Il monta dans l'espace, en
présence des membres des États du Vivarais et de nombreux habitants
du pays.--Cette expérience eut un retentissement considérable; on
comprenait alors que la première étape était faite dans le chemin de
la conquête de l'atmosphère.
Le physicien Charles, et Robert construisirent à Paris le premier
ballon à gaz hydrogène; Pilâtre de Rozier et le marquis d'Arlandes
exécutèrent la première ascension que les hommes aient jamais faite,
en quittant le sol.
Une nouvelle et immense découverte venait d'accroître la liste des
victoires que le génie de l'homme remporte parfois sur la matière
inerte.
La découverte des ballons est une des plus grandes conquêtes que
l'on doive aux inventeurs. Elle a permis à l'homme de vaincre les
lois de la pesanteur qui semblaient l'attacher à jamais à la surface
de la terre qu'il habite: un jour viendra où elle apportera à
l'humanité des ressources immenses que nous pouvons à peine
soupçonner aujourd'hui.
DEUXIÈME PARTIE
L'AVIATION
OU LA LOCOMOTION ATMOSPHÉRIQUE
PAR LE PLUS LOURD QUE L'AIR
Pour les ballons, le volume c'est la puissance, la surface c'est
l'obstacle. C'est le contraire pour l'appareil d'aviation: pour
lui, la surface c'est le point d'appui, le volume c'est la force
qui l'attire vers le sol. Aussi il est à craindre, à mon sens,
que les appareils d'aviation, autrement dit de vol mécanique, ne
puissent atteindre d'ici longtemps à des dimensions suffisantes
pour être utiles.
ALPHONSE PÉNAUD.
I
LE VOL DES INSECTES ET DES OISEAUX
L'oiseau artificiel de Borelli au dix-septième siècle. -- Les
études de Navier. -- Les idées de M. Bell Pettigrew sur l'action
de l'aile des êtres volants. -- Les travaux de M. Marey. -- M.
Mouillard et M. Goupil.
La vue des insectes et des oiseaux qui volent dans l'air a souvent
donné aux mécaniciens l'idée d'imiter la nature et de construire des
appareils volants artificiels, soit en petit, à titre expérimental,
soit en grand, pour élever un homme et lui donner les facultés de se
mouvoir au sein de l'atmosphère.
Nous avons déjà étudié une partie des études ou des expériences qui
ont pu être faites à ce sujet dans les siècles passés; nous
examinerons ici le problème à un point de vue plus spécialement
scientifique, en passant d'abord en revue les travaux méthodiques
que l'on doit aux aviateurs et aux physiologistes.
L'étude du vol est déjà ancienne; on trouve une description très
bien faite d'ailes artificielles dans le _Motu animalium_ de
Borelli, datant de 1680, c'est-à-dire de plus de deux siècles. Dans
ses mémoires sur le vol considéré au point de vue de l'aéronautique,
un savant anglais, M. Bell Pettigrew, a fort bien résumé les idées
de l'ancien physiologiste et mathématicien italien[30].
[Note 30: _La locomotion chez les animaux, ou marche,
natation et vol_, par Bell Pettigrew, in-8º. Paris, Germer
Baillière.]
Il était familiarisé, dit M. Pettigrew, avec les propriétés du
coin appliqué au vol, et connaissait également la flexibilité et
l'élasticité des ailes. C'est à lui qu'on doit faire remonter la
théorie purement mécanique de l'action des ailes. Il a figuré un
oiseau avec des ailes artificielles dont chacune consiste en une
baguette rigide en avant, et des plumes flexibles derrière. J'ai
cru bon de reproduire la figure de Borelli à la fois à cause de
sa grande antiquité et parce qu'elle éclaircit admirablement son
texte[31]. Les ailes _b c f_, et _a_ (fig. 11) sont représentées
comme frappant verticalement en bas _g h_. Elles s'accordent
remarquablement avec celles décrites par Strauss-Durckheim,
Girard, et tout récemment par le professeur Marey. Borelli pense
que le vol résulte de l'application d'un plan incliné qui bat
l'air, et qui fait l'office du coin. En effet, il s'efforce de
prouver qu'un oiseau s'insinue dans l'air par la vibration
perpendiculaire de ses ailes, les ailes pendant leur action
formant un angle dont la base est dirigé vers la tête de
l'oiseau, le sommet _a f_ étant dirigé vers la queue.
[Note 31: _De motu animalium._]
[Illustration: Fig. 11.--Oiseau figuré par Borelli (1680).]
Borelli explique plus loin comment un coin étant poussé dans un
corps, il tend à le séparer en deux portions; mais si l'on permet
aux parties du corps de réagir sur le coin, elles communiqueront des
impulsions obliques aux faces du coin, et le feront sortir la base
la première, en ligne droite.
Poursuivant cette analogie, Borelli s'efforce de faire voir que si
l'air agit obliquement sur les ailes, le résultat sera un _transport
horizontal du corps de l'oiseau_. Si l'aile frappe _verticalement
vers le bas_, l'oiseau volera _horizontalement en avant_.
Je ne saurais mieux faire d'ailleurs que de citer textuellement les
passages les plus saillants de l'ouvrage de Borelli.
Si l'air placé sous les ailes est frappé par les parties
flexibles des ailes, avec un mouvement vertical, les voiles et
les parties flexibles de l'aile céderont dans une direction
ascendante et formeront un coin, ayant la pointe dirigée vers la
queue. Que l'air, donc, frappe les ailes par dessous, ou que les
ailes frappent l'air par dessous, le résultat est le même, les
bords postérieurs ou flexibles des ailes cèdent dans une
direction ascendante, et en agissant ainsi, poussent l'oiseau
dans une direction horizontale.
Quant au second point ou au mouvement transversal des oiseaux
(c'est-à-dire au vol horizontal), quelques auteurs se sont
étrangements mépris; ils pensent qu'il est semblable à celui des
bateaux qui, poussés à l'aide de rames, se meuvent
horizontalement dans la direction de la proue, et en pressant sur
l'eau résistant en arrière, s'élancent avec un mouvement
contraire et sont ainsi portés en avant. De la même manière,
disent-ils, les ailes vibrent vers la queue, avec un mouvement
horizontal et frappent également contre l'air non troublé, grâce
à la résistance duquel elles se meuvent par une réflexion de
mouvement. Mais c'est contraire au témoignage de nos yeux aussi
bien qu'à la raison; car nous voyons que les plus grandes espèces
d'oiseaux, tels que cygnes, oies, etc., ne font jamais en volant
vibrer leurs ailes vers la queue avec un mouvement horizontal
comme celui des rames, mais les courbent toujours vers le bas, et
décrivent ainsi des cercles élevés perpendiculairement à
l'horizon.
Plus d'un siècle s'écoula après Borelli, sans que l'étude du vol ait
été soumise à des observations précises.
En 1830, Navier a présenté à l'Académie des sciences des
considérations sur le mécanisme du vol chez les oiseaux, et la
possibilité d'approprier cette faculté à l'homme. Je vais m'efforcer
de reproduire succinctement les principaux arguments de l'auteur.
La première chose à déterminer, quand on examine la manière dont
s'opère le vol des oiseaux, est la force qu'ils emploient pour faire
mouvoir leurs ailes. Pour cela, il convient de les considérer, 1º
lorsqu'ils veulent s'élever verticalement ou planer dans l'air, sans
avancer ni reculer, en résistant seulement à l'action de la
pesanteur; 2º lorsqu'ils veulent se mouvoir horizontalement avec une
grande vitesse, dans un air calme, ou lutter contre un vent violent.
Lorsque l'oiseau plane simplement dans l'air, la vitesse
d'abaissement du centre de l'aile peut être estimée, d'après Navier,
à environ 7 mètres par seconde. Le temps de l'élévation de l'aile
est à peu près double de celui de l'abaissement, et le nombre de
vibrations ou battements des ailes dans une seconde est d'environ
23. La quantité de travail que dépense l'oiseau en une seconde est
égale à celle qui serait nécessaire pour élever son propre poids à 8
mètres de hauteur.
Lorsque l'oiseau peut se mouvoir horizontalement avec une grande
vitesse, comme 15 mètres par seconde, l'action de la pesanteur
devient alors très petite par rapport à la résistance que l'air
oppose au mouvement du corps, et cette action peut être négligée.
Par conséquent, le mouvement horizontal de l'oiseau exige que la
direction du battement des ailes soit aussi sensiblement
horizontale. La vitesse d'abaissement de l'aile doit être alors
trois fois et demie plus grande que la vitesse du déplacement de
l'oiseau dans cet air tranquille.
D'après ce qui précède, il est aisé de comparer, d'après Navier, la
quantité de travail que l'homme est capable de produire, avec celle
qu'exige le vol. L'oiseau qui plane dans l'air dépense dans chaque
seconde la quantité d'action nécessaire pour élever son poids à 8
mètres de hauteur. Un homme, employé, dans les travaux des arts, à
tourner une manivelle pendant huit heures par jour, est regardé
comme élevant moyennement, dans une seconde, un poids de 6
kilogrammes à 1 mètre de hauteur. En supposant que cet homme pèse 70
kilogrammes, cette quantité de travail est capable d'élever son
propre poids à 86 millimètres de hauteur. Ainsi, toutes proportions
gardées, elle n'est pas la 1/92e partie de celle que l'oiseau
dépense pour se soutenir dans l'air. Si l'homme était le maître de
dépenser, dans un temps aussi court qu'il le voudrait, la quantité
de travail qu'il dépense ordinairement en huit heures, on trouve
qu'il pourrait chaque jour se soutenir dans l'air pendant cinq
minutes; mais, comme il est fort éloigné d'avoir cette faculté, il
est évident qu'il ne pourrait se soutenir que pendant un temps
beaucoup moindre, ce qui ne serait sans doute qu'une portion très
petite d'une minute. Ces rapprochements montrent à quel point les
tentatives faites dans la vue de rendre l'homme capable de voler
étaient chimériques. «L'idée du vol ne pouvait être réalisée, dit
Navier, que dans des êtres poétiques, auxquels on attribuait, un
caractère divin, et par conséquent des forces sans limites et une
vigueur inépuisable.»
Nous ajouterons ici que les calculs de Navier n'avaient pour point
de départ aucune expérience, et qu'il est souvent facile de les
réfuter. Navier, par exemple, s'est cru autorisé à admettre que
dix-sept hirondelles dépenseraient le travail d'un cheval-vapeur!...
«Autant vaudrait, dit spirituellement M. Bertrand, prouver par le
calcul que les oiseaux ne peuvent pas voler, ce qui ne laisserait
pas d'être compromettant pour les mathématiques.»
En terminant son rapport, Navier dit cependant que la création d'un
art de la navigation aérienne est subordonnée à la découverte d'un
nouveau moteur dont l'action comporterait un appareil beaucoup moins
pesant que ceux qu'on connaît aujourd'hui[32].
[Note 32: _Revue des revues_, 1830.]
Les travaux les plus importants qui ont été publiés dans les temps
modernes sur l'étude du vol aérien, sont dus à M. Pettigrew en
Angleterre, et surtout à M. le professeur Marey, qui, avec la
rigoureuse précision de la méthode expérimentale, a déterminé les
vrais mouvements des ailes des insectes et des oiseaux. M. Pettigrew
a cru voir dans la courbure de l'aile une surface gauche
hélicoïdale; frappé de cette coïncidence entre la forme de l'aile et
celle de l'hélice propulsive des navires, il en est arrivé à
considérer l'aile de l'oiseau comme une vis dont l'air serait
l'écrou.
Nous ne croyons pas, a dit avec raison M. Marey, devoir réfuter
une pareille théorie. Il est trop évident que le type alternatif
qui appartient à tout mouvement musculaire ne saurait se prêter à
produire l'action propulsive d'une hélice; car en admettant que
l'aile pivote sur son axe, cette rotation se borne à une fraction
de tour, puis est suivie d'une rotation de sens inverse, qui dans
une hélice, détruirait complètement l'effet produit par le
mouvement précédent.
M. Marey a étudié successivement le mécanisme du vol des insectes et
des oiseaux. Après avoir employé la méthode graphique à déterminer
le mouvement des ailes, le savant professeur est arrivé à reproduire
ce mouvement et à construire un insecte artificiel. Voici comment
l'auteur décrit lui-même ce remarquable appareil, que j'ai vu
fonctionner jadis au laboratoire du Collège de France.
[Illustration: Fig. 12.--Insecte mécanique de M. Marey.]
Pour rendre plus saisissable l'action de l'aile de l'insecte et
les effets de la résistance de l'air, voici l'appareil que nous
avons construit. Soit (fig. 12) deux ailes artificielles
composées d'une nervure rigide prolongée en arrière par un voile
flexible fait de baudruche soutenue par de fines nervures
d'acier; le plan de ces ailes est horizontal. Un mécanisme de
leviers coudés les élève ou les abaisse sans leur imprimer aucun
mouvement de latéralité. Le mouvement des ailes est commandé par
un petit tambour de cuivre T dans lequel de l'air est foulé ou
raréfié alternativement par l'action d'une pompe. Les faces
circulaires de ce tambour sont formées de membranes de caoutchouc
articulées aux deux ailes par des leviers coudés; l'air comprimé
ou raréfié dans le tambour, imprime à ces membranes flexibles des
mouvements puissants et rapides qui se transmettent aux deux
ailes en même temps.
Un tube horizontal équilibré par un contrepoids, permet à
l'appareil de pivoter autour d'un axe central, et sert en même
temps à conduire l'air de la pompe dans le tambour moteur. L'axe
est formé d'une sorte de gazomètre à mercure qui produit une
clôture hermétique des conduits de l'air, tout en permettant à
l'instrument de tourner librement dans un plan horizontal. Ainsi
disposé, l'appareil montre le mécanisme par lequel la résistance
de l'air combinée avec les mouvements de l'aile produit la
propulsion de l'insecte.
En effet, si au moyen de la pompe à air on met en mouvement les
ailes de l'insecte artificiel, on voit que l'appareil prend
bientôt une rotation rapide, autour de son axe. Le mécanisme de
la translation de l'insecte est donc éclairé par cette
expérience, qui confirme pleinement les théories que nous avons
déduites de l'analyse optique et graphique des mouvements de
l'aile pendant le vol.