Études photographiques sur la locomotion de l'homme et des animaux

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- - INSTITUT DE FRANCE.
  - ACADÉMIE DES SCIENCES.
  - Extrait des Comptes rendus des séances de l’Académie des Sciences, t. XCVI,
  - séance du i4 mai i883.
  - Analyse des mouvements du vol des oiseaux par la Photographie ;
  - Par M. MAREY.
  - « En présentant, l’an dernier, les premiers résultats de mes essais sur la photographie instantanée d’oiseaux pendant le vol, je montrais que l’intérêt véritable de ces expériences consiste à recueillir une série d’images représentant les attitudes successives de l’oiseau aux différentes phases d’une révolution de ses ailes. Le fusil photographique dont je me servais alors donnait à peu près douze images par seconde, de sorte que, sur les oiseaux dont les battements d’ailes sont lents, on pouvait recueillir trois ou quatre attitudes différentes de l’aile à chacune de ses révolutions (4). Ainsi, la mouette, qui donne assez exactement trois battements à la seconde, se trouvait, par exemple, représentée d’abord avec les ailes en haut, puis successivement on la voyait abaissant ses ailes, les tenant tout à fait en bas, enfin les relevant ; après cela recommençait une seconde série d’attitudes semblables aux précédentes; enfin une troisième série, pareille aux deux autres, complétait le cycle des douze images.
  - (* ) Comptes rendus, t. XCIV, p. 683 et 823.
  - M.
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- - » En prenant ainsi la photographie d’un grand nombre d’oiseaux, on ne tombait pas toujours sur les mêmes phases du mouvement des ailes; aussi fut-il possible, en choisissant parmi les différentes épreuves, d’en trouver qui se complétaient les unes par les autres, montrant des positions de l’aile intermédiaires aux quatre dont il vient d’être question. Avec huit attitudes successives également espacées dans le temps, on construit des disques de phénakisticope qui donnent d’une manière saisissante l’impression d’un oiseau volant. Mais, comme ces photographies sont obtenues en visant l’oiseau d’une manière permanente, elles ne donnent que l’indication de ses attitudes successives, mais rien n’indique le chemin effectué, ni la vitesse aux différents instants du vol. Il est pourtant indispensable d’avoir cette indication des espaces parcourus en fonction du temps.
  - »> Un semblable problème s’était posé déjà à propos de la locomotion de l’homme et des animaux et je l’avais résolu d’une manière satisfaisante, en recueillant les images photographiques en série, sur une même plaque immobile (* ).
  - » Un homme vêtu de blanc marchait ou courait au devant d’un écran noir. Pendant ce temps, un disque fenètré, tournant au devant de l’appareil photographique, n’admettait la lumière dans l’objectif qu’à des instants très courts, séparés par des intervalles de temps égaux. Chaque admission de la lumière produisait sur la plaque photographique une image du marcheur, et comme, entre deux retours successifs de la fente du disque tournant, l’homme avait fait un certain chemin, ses images successives se formaient sur la plaque en des lieux différents : l’intervalle qui les séparait l’une de l’autre était exactement proportionnel à la distance parcourue pendant une rotation du disque.
  - » La même méthode était applicable à l’analyse du vol de l’oiseau.
  - » Je pris un pigeon blanc, et, le faisant voler parallèlement au plan d’un écran noir au devant duquel je le lâchais, j’obtins une série d’images séparées par des intervalles variables suivant la vitesse du vol. La fig. i est la reproduction, par la similigravure_, d’une de ces photographies (2).
  - (!) Comptes rendus, 1882, i€r-semestre, p. ioi3.
  - (2) On sait que, dans ce procédé, la main de l’homme n’intervient pas, ce qui donne aux reproductions la même valeur qu’aux épreuves originales au point de vue de l’authenticité des attitudes. Toutefois, l’introduction des hachures nécessaires pour le tirage en typographie altère un peu le modelé des formes de l’oiseau, qui sont si nettes dans les épreuves photographiques.
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- - » On y peut voir, relativement à la netteté des images, une grande supériorité sur mes premières épreuves. Ce ne sontplnsde simples silhouettes, comme on en avait le plus souvent avec l’emploi du fusil, mais des images assez bien formées pour pouvoir supporter un agrandissement de quatre à cinq diamètres. Ce progrès tient à la plus grande perfection delà mise au
  - Fig. i.
  - Images successives d'un pigeon qui vole, recueillies à des intervalles de j de seconde.
  - Temps moyen de pose, ^ de seconde.
  - point. En effet, il devient assez facile de régler l’appareil photographique lorsqu’on sait approximativement à quelle distance passera l’oiseau.
  - » Un autre avantage de la disposition nouvelle eonsis'e en l’emploi d’un grand disque (im de diamètre) muni de fenêtres assez larges (om,o3) et tournant avec rapidité (8 tours environ à la seconde). Les effets de la diffraction qui altèrent la pureté des images quand ou opère avec de petites fentes deviennent insensibles quand la fente a plus de largeur.
  - » Dans les conditions ci-dessus décrites, les admissions de la lumière se faisaient huit fois par seconde, et le temps d’éclairage était d’environ ^ de seconde. Cette brièveté du temps de pose est encore une condition nécessaire à la netteté des images, car elle ne permet pas à l’oiseau de se déplacer sensiblement pendant qu’on en prend la photographie.
  - » Si maintenant on considère la série des attitudes que présente l’oiseau aux différents instants de son vol, on trouve quelques images qui, au premier abord, sont assez étranges ; ainsi l’oiseau, en abaissant ses ailes, les porte tellement en avant que sa tête disparaît à certains instants, com-
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- - t 4 )
  - plètement couverte par les ailes, dont la pointe se trouve bien en avant du bec. Cette position singulière se voyait du reste sur certaines photographies inédites que M. Muybridge a obtenues et qu’il a bien voulu me montrer. Enfin on pouvait prévoir cette attitude d’après les résultats que m’a donnés autrefois l’inscription mécanique des mouvements de l’aile.
  - » Cette inscription, péniblement obtenue au moyen d’instruments compliqués et délicats (' ), ne paraît pas avoir inspiré beaucoup de confiance à ceux qui s’occupent de l’étude du vol. Toutefois, si l’on rapproche les images photographiques de la courbe tracée par les appareils inscripteurs, on trouve une concordance complète entre la courbe et les photographies. La fig. 2, en effet, montre que, sur le pigeon, l’extrémité de l’aile décrit une sorte d’ellipse très allongée; que l’articulation de l’épaule qui correspond par sa position à l’entrecroisement des deux coordonnées x et /se trouve à la partie postérieure du grand axe de cette ellipse et que, par conséquent, c’est en avant surtout que se porte l’aile de l’oiseau. La photographie justifie donc pleinement les résultats donnés par la méthode graphique.
  - » Dans la fig. 2, une flèche indique le sens du mouvement de l’aile :
  - Fig. 9.
  - Courbet ermée représentant la trajectoire de la pointe de l’aile d’un pigeon. Une llèche indique le sens du mouvement. Cette courbe a été obtenue au moyen d’appareils inscripteurs spéciaux.
  - ce mouvement se fait en bas et en avant, puis en haut et en arrière. La photographie doit justifier cette conclusion tirée de l’inscription mécanique du mouvement. Mais, si l’on regarde l’ordre suivant lequel se présentent les attitudes successives dans une image collective, on trouve, suivant les cas, (*)
  - (*) Comptes renaus, t. I.'XXIV, p. 58g.
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- - des ordres de succession différents : cela dépend du rapport qui existe entre l’intervalle de temps qui sépare les images successives et la fréquence des mouvements de l’aile. Ainsi, en ralentissant un peu la rotation du disque fenêtré, on a eu la série d’images représentée fig. 3. Dans cette série, à chaque image l’oiseau se retrouve toujours dans la même attitude : c’est que la période des battements de ses ailes coïncidait avec celle des éclairages de l’appareil photographique. Des expériences antérieures m’ont appris, en effet, que le pigeon donne environ huit coups d’aile par seconde; or c’était précisément la vitesse de la rotation du disque fenêtré : il était donc naturel que chaque nouvelle admission delà lumière retrouvât toujours le pigeon dans la même attitude. Le seul changement d’une image à l’autre consistait en une translation de l’oiseau.
  - » La fig. 3 montre un pigeon dans le milieu de la phase d’abaissement
  - Fig. 3.
  - Images successives d’un pigeon qui vole, prises à des intervalles de J- de seconde.
  - Le temps de pose est de ^ de seconde. Les espaces parcourus se mesurent au moyen üe l’echelle métrique placée en haut de la figure.
  - de ses ailes. 11 n’y a pas de doute à cet égard, les plumes s’infléchissent sur la résistance de l’air brusquement frappé, et l’aile se courbe à son extrémité, présentant l’apparence d’une surface à concavité supérieure. D'un bout à l’autre de la série des images, celle attitude se reproduit, sauf quelques différences tenant au changement d’inclinaison du corps de l’oiseau. Ainsi, vers la fin de son vol ascendant, le pigeon redre>sait son corps et l’inclinait sur le côté, de manière à présenter sa face ventrale.
  - On observera en même temps que les figures successives sont séparées par un intervalle assez régulièrement croissant. Cela signifie qu’entre deux
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- - éclairages consécutifs l’oiseau avait parcouru des distances de plus en plus grandes. Tous les oiseaux présentent, au début de leur vol, une accélération de ce genre. Veut-on mesurer en mètres ces espaces franchis par l’oiseau, l’échelle métrique placée en haut de la figure permet cette évaluation et montre que l’oiseau parcourait d’abord im,îo entre deux coups d’aile, c’est-à-dire en de seconde, soit 9m,6o par seconde; du cinquième au sixième coup d’aile, l’espace franchi est de im, 70, soit i3m,6o par seconde.
  - » On remarquera toutefois que, dans cette expérience, le vol ne s’effectuait pas parallèlement au plan de la glace sensible, mais qu’en s’élevant l’oiseau se rapprochait un peu de l’appareil. La fig. 3 ne serait donc pas fa-vorab'ement choisie pour déterminer la vitesse du vol.
  - » Dans la fig. 1, au contraire, les espaces successivement parcourus vont toujours en se raccourcissant : cela lient à ce que l’oiseau s’élevait en volant; or c’est toujours aux dépens de la viiesse que se pro luisent ces mouvements ascendants.
  - » En faisant varier légèrement la vitesse de rotation du disque tournant, il est clair qu’on ne rencontrera plus la même période des révolutions de l’aile de l’oiseau et que, si la rotation est convenablement réglée, on obtiendra des images dans lesquelles l’aile se montrera à des phases successives de sa révolution; or ces phases seront d’autant plus rapprochées les unes des autres que la période de révolution du disque fenêtré se rapprochera davantage de celle de l’aile.
  - » On pourra ainsi faire une analyse stroboscopique des mouvements du vol. Cette analyse a déjà été tentée il y a quelques armées par MM. Gau-chot et Penaud, mais la méthode optique donne desse nsations trop fugitives pour qu’on puisse bien saisir la succession des mouvements, tandis que la photographie livre à l’é udeun document permanent beaucoup plus précieux.
  - » Suivant que la révolution du disque sera un peu plus ou un peu moins rapide que celle de l’aile, on verra, dans la série des images, une succession différente dts mouvements. Pour que la succession des attitudes de l’aile soit dans le sens direct, c’est-à-dire dans l’ordre où ces mouvements s’effectuent dans le vol, il faut que la rotation du disque soit un peu plus lente que celle de l’aile de l’oiseau. Chaque nouvel éclairement de l’appareil rencontrera l’aile à une phase plus tardive de son parcours, et les images s’échelonneront sur la plaque dans l’ordre réel du mouvement. Avec une rotation plus rapide, l’aile se trouverait au contraire toujours en retard et les images donneraient l’apparence de mouvements renversés. C’est ce qui a eu lieu (fig 1).
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  - » Pour déterminer si une série d’images donne les mouvements en sens direct ou en sens renversé, il y a différents moyens.
  - » D’abord il est facile de distinguer une aile qui s’abaisse d’une aile qu s’élève : la première seule présente l’inflexion des plumes sur la résistance de l’air et la forme concave par en haut dont nous avons parlé. Si donc une série d’attitudes voisines Tune de l’autre montre l’aile infléchie par la résistance de l’air, cette forme suffira pour caractériser le sens dû mouvement, car une aile portée en avant et courbée sur l’air signifie que le sens du mouvement est en avant et en bas.
  - » Un autre moyen consiste à multiplier le nombre des images demanière à être sûr que ce nombre excède beaucoup celui des coups d’aile, et que, par exemple, quatre ou cinq images consécutives se produisent dans une même révolution du vol. Si le nombre des images était trop grand, il en résulterait de la confusion, mais avec un disque muni de cinq fenêtres, et tournant environ huit fois par seconde, on est assuré d’obtenir les images avec leur succession réelle. On voit alors que le sens du mouvement est bien celui que représente la courbe de la fig. 2.
  - » Enfin, si l’on examine la position de l’aile aux différentes phases de son parcours, la photographie révèle les détails les plus intéressants.
  - » Assurément le pigeon se prête mal à de pareilles études, à cause de la fréquence trop grande des battements de ses ailes; mais, malgré cela, on observe déjà certains actes qui échappent à l’examen direct du vol. Ainsi, en suivant l’aile dans son parcours à partir du moment où elle est en élévation extrême, on voit qu’elle se porte très vivement en avant et cache latéralement la tête de l’oiseau; puis l’aile s’abaisse et s’infléchit sur l’air pendant toute sa phase d’abaissement. A la fin de l’abaissement, les articulations carpiennes, étendues jusqu’ici, se plient soudainement, et l’aile forme au niveau du corps un angle saillant; les pennes s’écartent l’une de l’autre, et leur imbrication devient apparente. Des espaces libres que l’on a comparés à ceux qui séparent les lames d’une pérsienne se produisent et semblent avoir pour effet de laisser l’air traverser l’aile remontante. Cette fonction des pennes, déjà maintes fois signalée par les auteurs qui se sont occupés du vol des oiseaux, était jusqu’ici déduite plutôt de l’anatomie que réellement constatée. Existe-t-elle à tous les instants du vol? J’ai quelques raisons de croire qu’elle ne se produit que dans les coups d’aile de départ et que, sur l’oiseau lancé à pleine vitesse, la flexion du carpe et la séparation des pennes cessent de se produire.
  - » Mais, pour juger cette question et beaucoup d’autres encore, il faudra
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- - multiplier les expériences, prendre des images en séries sous différents angles, de manière à voir l’oiseau tantôt de profil, tantôt fuyant ou s’approchant. Enfin, et surtout, il faudra opérer sur des oiseaux de différentes espèces, afin de saisir les caractères particuliers du vol de chacune d’elles. Je ne prétends aujourd’hui que donner un aperçu de la méthode et des résultats qu’elle semble destinée à donner pour l’analyse du mécanisme si compliqué du vol. »
  - GAUTHIER-VILLARS, IMPRIMEUR-LIBRAIRE DES COMPTES RENDUS DES SÉANCES DE L’ACADÉMIE DES SCIENCES,
  - 8911 Paris. — Quai des Auguslins, 55.
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