Ader (aidé de Ferdinand Morel, un ingénieur qui dessina les plans de l'avion Chauve-souris) mit au point des prototypes dont les voilures étaient inspirées de considérations naturalistes, imitant l'aile de la chauve souris. Ader pensait qu'une fois le vol maîtrisé, une aile rigide inspirée de celle des oiseaux serait plus efficace et plus solide. Il comprit qu'il ne fallait pas tenter de reproduire le battement des ailes d'oiseau mais adopter le concept de voilure fixe comme l'avait fait George Cayley auparavant.
Entre 1890 et 1897, il réalisa trois appareils : l'Éole, financé par lui-même, le Zéphyr (Ader Avion II) et l'Aquilon (Ader Avion III) étant financés par des fonds publics.
L'Éole (Avion I)
L'Éole, équipée d'un moteur à vapeur de 20 ch, est une machine à la voilure complexe, inspirée dans sa forme de celle de la chauve-souris. Sa géométrie est modifiable en vol à l'aide de six manivelles. On peut ainsi faire varier la surface, pivoter les ailes d'avant en arrière, modifier la cambrure et fléchir les bouts d'aile vers le haut ou vers le bas. Il existe également un réglage du moteur et des pédales pour la direction au sol. Néanmoins il n'y a pas de gouverne de direction en vol8.
La première tentative aux commandes de l'Éole a lieu le 9 octobre 1890 dans le parc du château de Gretz-Armainvilliers, au sud-est de Paris. Les marques laissées par les roues dans le sol meuble auraient présenté un endroit où elles étaient moins marquées et auraient totalement disparu sur une vingtaine ou une cinquantaine de mètres. Son engin aurait ainsi quitté le sol ; Ader aurait donc peut-être effectué ce jour-là le premier décollage motorisé d'un engin plus lourd que l'air... mais il n'y avait pas de témoins autres que des employés d'Ader.
Intéressée par le projet, l'Armée contacte Ader, qui effectue un deuxième vol à bord de l'Éole en septembre 1891. L'appareil impressionne positivement les militaires qui commandent à Ader un second appareil plus puissant.
L'Avion II (Zéphyr)
Ader commence alors la construction d'un second appareil, évolution du premier mais présentant des similitudes avec l'Éole : l'appareil est monomoteur bicylindre à vapeur ultra-léger de 20 ch et 35 kg. Ce modèle n'est pas achevé ; il sert de base à l'Avion III (Aquilon), qui est un bimoteur permettant de réduire les problèmes d'instabilité de l'Éole et pouvant embarquer un observateur en plus du pilote, sur demande de l'Armée.
L'avion III (Aquilon)
Les essais suivants d'Ader furent effectués au camp militaire de Satory, où avait été établie une aire circulaire de 450 mètres de diamètre pour effectuer une démonstration officielle. Le 12 octobre 1897, Ader effectua un premier tour sur ce circuit à bord de son Avion III. Il sentit à plusieurs reprises l'appareil quitter le sol, puis reprendre contact.
Deux jours plus tard, alors que le vent est fort, Clément Ader lance sa machine devant deux officiels du ministère de la Guerre qui déclarent à l'issue de la démonstration : « Il fut cependant facile de constater, d'après le sillage des roues, que l'appareil avait été fréquemment soulevé de l'arrière et que la roue arrière formant le gouvernail n'avait pas porté constamment sur le sol ». Les deux membres de la commission le virent sortir brusquement de la piste, décrire une demi-conversion, s'incliner sur le côté et enfin rester immobile (il semble que, les roues n'ayant plus assez d'adhérence du fait de la sustentation, le pilote ait perdu le contrôle directionnel de sa machine, qui est alors sortie de la piste puis s'est renversée sous l'effet du vent). À la question « [...] l'appareil a [-t-il] tendance à se soulever quand il est lancé à une certaine vitesse ? » la réponse est « [...] la démonstration… n'a pas été faite dans les deux expériences qui ont été effectuées sur le terrain ». On peut conclure que, ce 14 octobre 1897, le Français Clément Ader aurait peut être effectué un décollage motorisé – mais non contrôlé – d'un objet plus lourd que l'air. Le ministère de la Guerre cesse de financer Ader, qui est contraint d'arrêter la construction de ses prototypes (l'Éole avait coûté 200 000 francs de l'époque, soit près de 8 millions d'euros).
Les avions d'Ader ont-ils vraiment volé ?
« Ader lui-même était si peu convaincu d'avoir quitté le sol que, dans ses communications à l'Académie des sciences (1898) et au Congrès d'aéronautique de 1900, alors qu'il était dégagé du secret militaire, il ne mentionne pas l'envol. Ce n'est que neuf ans plus tard (en 1906), à la suite des premiers vols de Santos-Dumont, qu'Ader prétendit avoir exécuté une envolée ininterrompue de trois cents mètres ». Contraint au secret militaire (les archives de Satory n'ont été rendues accessibles que dans les années 1990), il ne parle de ses vols qu'en 1906, après ceux de Traian Vuia à Montesson et à Issy-les-Moulineaux et de Santos-Dumont à Bagatelle. Ce silence est à l'origine de la controverse entretenue par les partisans des frères Wright. En France, à l'époque, personne n'a entendu parler des frères Wright. Santos-Dumont prétend donc être le père de l'aviation à la suite de son vol presque trois fois plus long que le plus long vol de Traian Vuia. Un débat national s'engage pendant plusieurs années ; on finit généralement par admettre le décollage de l'Éole, qui quitta le sol devant témoins, et repousser la question du vol à 1897. Les travaux du général Pierre Lissarague, menés dans les années 1980 et 1990 (travaux basés sur les archives secrètes de l'armée, rendues publiques dans les années 1980) tentent vainement de prouver la réalité du vol de 1897.
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