Un parachute en papier inspiré de l’art japonais

Plier une feuille de papier. Y faire quelques entailles bien placées. La déplier pour voir apparaître un flocon de neige. Une activité des Fêtes bien connue des enfants… et des ingénieurs ! À Polytechnique Montréal, on a utilisé la même technique pour développer de nouveaux prototypes de parachutes, légers et peu coûteux à produire.

Les prototypes sont de simples disques de papier ou de plastique mince parsemés de nombreuses petites fentes. Les modèles varient en taille et en couleur, mais partagent le même schéma de découpe réalisé au laser. Lorsqu’on les soulève, chaque feuille se déploie naturellement en forme de cloche inversée. Cette technique s’inspire du kirigami, un art japonais qui consiste à découper un morceau de papier pour lui donner une nouvelle forme en trois dimensions.

« Quand une feuille de papier circulaire tombe en chute libre, elle a tendance à se replier sur elle-même, explique David Mélançon, mais, si on y ajoute des trous selon un motif précis, on change complètement la façon dont elle se déforme. » La feuille ne virevolte plus dans l’air comme une crêpe, mais plane de manière stable tout en ralentissant considérablement.

Le concept est né de la collaboration entre Frédérick Gosselin et David Mélançon, professeurs au Département de génie mécanique de Polytechnique Montréal. Avec l’étudiant à la maîtrise Danick Lamoureux, l’équipe a modélisé et testé plusieurs patrons de découpe avant de trouver celui qui permet à la feuille de se déployer tel un ressort, sans vriller. Publiés en octobre dans la revue Nature, leurs travaux montrent qu’il est possible de concevoir un parachute stable grâce à un motif dit en « boucle fermée ».

Alors que la toile des parachutes classiques, en se gonflant, peut provoquer de gros tourbillons et faire ballotter la charge, le modèle kirigami, lui, force l’air à s’écouler par ses ouvertures. « Cela crée un écoulement très turbulent, mais à l’échelle des trous plutôt qu’à celle du parachute, précise Frédérick Gosselin. Il n’y a pas de grosse structure cohérente qui vient le déstabiliser. » Le parachute descend donc en ligne droite, quelle que soit la façon dont on le lance. « Ça nous permet de prédire assez précisément l’endroit où il atterrira », ajoute David Mélançon.

Après de nombreux essais, l’équipe a d’ailleurs réussi à larguer une bouteille d’eau à un endroit choisi à l’avance depuis une altitude de 60 mètres. « C’est intéressant pour le largage d’aide humanitaire », donne comme exemple le professeur. Et contrairement aux parachutes traditionnels, la charge utile est fixée sans ficelles, directement au disque, en plein centre.

Ainsi, le parachute kirigami pourrait un jour servir à livrer avec précision de petites charges dans des zones isolées, comme du matériel médical, des denrées alimentaires, voire des colis commerciaux. Dans un avenir plus lointain, ses concepteurs imaginent même qu’un tel dispositif pourrait accompagner des sondes destinées à explorer de nouvelles planètes. 

Ont aussi participé à cette découverte : Danick Lamoureux et Jérémi Fillion (Polytechnique Montréal) et Sophie Ramananarivo (École polytechnique Paris).