Des ondulations inspirées des insectes pourraient aider les drones à voler dans l’air raréfié de Mars.

Profils d’aile « d’épaisseur nulle » pour minimiser la traînée ou maximiser la portance. Des algorithmes évolutionnaires ont montré que les profils présentant la plus faible traînée ont une forme fortement ondulée (en haut), tandis que ceux maximisant la portance ont une courbure ample et régulière avec un creux au bord de fuite (en bas). Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

Des chercheurs de l’Université métropolitaine de Tokyo ont utilisé un algorithme évolutionnaire pour identifier les formes optimales d’ailes ondulées ultra-minces, inspirées du vivant et présentant des caractéristiques bio-inspirées. Ces ailes légères, semblables à des membranes, sont une solution prometteuse pour les drones évoluant dans des atmosphères raréfiées, comme sur Mars, et pour la miniaturisation des drones.

En utilisant un modèle d’épaisseur nulle, ils ont pu se concentrer sur l’effet du profil aérodynamique sans être influencés par l’épaisseur et la forme du bord d’attaque de l’aile. Ils ont ainsi découvert des conceptions optimisées pour une traînée minimale ou une portance maximale.

Les résultats sont publiés dans la revue Computers & Fluids .

Les véhicules aériens sans pilote (UAV), ou drones, sont de plus en plus utilisés dans notre vie quotidienne, de la livraison de colis à la couverture médiatique en direct. Ils offrent également aux scientifiques la possibilité d’explorer des environnements exotiques, comme d’autres planètes.

Concevoir pour l’air raréfié

Cela soulève des défis considérables. Par exemple, sur Mars, l’atmosphère est beaucoup plus ténue. De ce fait, les formes d’ailes optimisées pour les déplacements à grande vitesse sur Terre ne sont plus optimales : une refonte complète est nécessaire, prenant en compte le faible nombre de Reynolds du fluide dans lequel elles évoluent, où la dissipation d’énergie due à la viscosité de l’air surpasse largement l’influence de l’inertie.

Les mêmes propriétés des fluides s’appliquent à la conception des ailes des très petits aéronefs terrestres. Ceci a conduit les scientifiques à s’inspirer des ailes d’insectes, dont la taille et la vitesse les placent dans le régime des faibles nombres de Reynolds. Un intérêt particulier est porté aux ailes ultra-minces, semblables à des membranes, qui non seulement ressemblent à celles observées dans la nature, mais sont également légères et portables, deux facteurs essentiels pour un drone transporté sur une autre planète.

Essais de motifs de corrugation

Dans des travaux récents, une équipe dirigée par le professeur Masahiro Kanazaki de l’Université métropolitaine de Tokyo a utilisé des algorithmes informatiques pour explorer des conceptions d’une nouvelle aile de drone dans des atmosphères à faible nombre de Reynolds.

Ils se sont intéressés à la manière dont les ondulations bio-inspirées du profil aérodynamique peuvent contribuer à réduire la traînée ou à augmenter la portance. Ils ont utilisé l’optimisation évolutionnaire, une méthode dans laquelle un algorithme effectue des simulations aérodynamiques sur différents modèles, les évalue selon de multiples critères et les ajuste continuellement pour obtenir de meilleurs résultats.

Pour étudier l’ondulation du profil d’aile, ils ont utilisé une simulation à « épaisseur nulle ». Bien qu’impossible dans la réalité et réalisable uniquement par ordinateur, cette simulation permet d’appréhender l’effet propre à la forme de l’aile, indépendamment de l’influence de l’épaisseur du bord d’attaque sur ses performances.

Différentes formes pour ascenseur

L’équipe a mis en évidence des tendances importantes dans les conceptions optimisées pour une faible traînée ou une portance élevée. Pour une faible traînée, certaines conceptions présentaient une traînée inférieure à celle d’une feuille plane ; les ondulations près du bord d’attaque créaient des tourbillons d’air qui réduisaient la traînée de frottement.

En revanche, les profils d’aile optimisés pour la portance présentaient très peu d’ondulations, une forme générale convexe et des caractéristiques concaves près du bord de fuite.

Alors que les insectes peuvent déformer leurs ailes membraneuses pour adopter des formes ondulées ou bombées, l’intégration d’éléments des deux dans une conception 3D permet d’optimiser les performances dans une grande variété d’environnements. L’équipe estime que ses découvertes orienteront la miniaturisation des drones, ainsi que la conception d’ailes adaptées aux atmosphères raréfiées.

https://www.tmu.ac.jp/stafflist/data/ka/394.html

https://techxplore.com/news/2026-09-insect-corrugations-drones-fly-mars.html