Mechanics of foliage in wind: Multi-scale approach and biological consequences
Mécanique du feuillage en vent : Approche multi-échelle et conséquences biologiques
Résumé
A wind gust and the leaves already move. On land, the Beaufort scale is defined through the observation of foliage motion. The leaves motion in wind is the result of fluid-structure interaction between the tree and wind. The effect of wind on the tree is on the one hand static, the leaves reconfigure, change their orientation, and gather themselves, and on the other hand dynamic, when leaves and branches move.
Those mechanical effects are explored at the leaf scale, highlighting the effect of the Cauchy number, which scales the aerodynamic efforts and the leaf rigidity, onto the static reconfiguration of leaves, and the effect of reduced velocity, which compares the solid time and the fluid time, onto the trigger of leaf flutter. These results at the leaf scale are broadenned to the whole foliage. Eventually, the models of foliage movement are used to compute global biological traits such as light interception or perceptive effects such as the dynamic motion of the foliage.
Un souffle de vent et les feuilles d'arbre bougent déjà. C'est d'ailleurs le mouvement des feuilles d'arbres qui permet de définir les niveaux de l'échelle de Beaufort terrestre. Le mouvement des feuilles dans le vent est le résultat d'une interaction fluide-structure entre le vent et l'arbre. L'effet du vent sur l'arbre est d'une part statique, les feuilles se reconfigurent, changent d'orientation et se mettent en paquet et d'autre part dynamique, le vent fait bouger le feuillage.
Ces effets mécaniques sont explorés à l'échelle de la feuille, mettant en évidence l'effet du nombre de Cauchy, qui compare les efforts aérodynamiques à la rigidité des feuilles, sur la reconfiguration statique, et de la vitesse réduite, qui compare le temps solide par rapport au temps fluide, pour les effets dynamiques du flottement des feuilles. Ces résultats sur la feuille individuelle sont étendus au feuillage. Enfin les modèles de mouvement de feuillage sont utilisés pour calculer des variables biologiques globales comme l'interception lumineuse par un arbre en vent ou bien perceptives en quantifiant le mouvement dynamique du feuillage.
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