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Courbes de l'espace

Genèse d'une hélice conique

Un cercle générateur s'élève en tournant tandis que son rayon décroît : le point qu'il porte engendre une hélice qui s'enroule sur un cône, du grand cercle de base jusqu'au voisinage du sommet.

Lecture
Hélice engendrée Cercle générateur (rayon décroissant) Enveloppe conique Point traceur M(s)

Commandes

Loi de décroissance du rayon :
Glisser sur la figure pour orbiter · Espace : pause · Flèches : caméra · R : recommencer

Ce que montre la figure

Le paramètre s parcourt [0 ; 1] de la base au sommet. À l'instant s, le cercle générateur se trouve à la hauteur y = Hs et son rayon vaut, selon la loi choisie :

ρ(s) = R [1 − (1 − τ)s]   (linéaire)   ou   ρ(s) = R τs  (exponentielle).

Le point traceur, entraîné par la rotation du cercle, décrit alors la courbe :

M(s) = (ρ(s) cos 2πns ;  Hs ;  ρ(s) sin 2πns).

Avec la loi linéaire, le rayon décroît proportionnellement à la hauteur : la courbe s'enroule sur un cône de révolution tronqué (le cône complet correspond à τ → 0), et les spires se resserrent régulièrement. Avec la loi exponentielle, le rayon est multiplié par un même facteur à chaque tour : vue de dessus, la courbe est une spirale logarithmique, celle-là même que suivent les coquillages (turritelles, cônes marins) — la forme reste semblable à elle-même à chaque étage, seule l'échelle change.

Comparez les deux lois avec τ = 0,10 et n = 8 : en loi linéaire, les spires restent régulièrement espacées en hauteur mais se serrent en rayon ; en loi exponentielle, chaque spire est une réduction homothétique de la précédente — c'est l'autosimilarité caractéristique de la croissance des coquilles.