Comment les insectes volants combattent-ils le vent pour atteindre la nourriture ?

Comment les insectes volants, comme les pollinisateurs importants, localisent-ils les sources d’odeurs dans les grands espaces, malgré des conditions de vent très variables ? Ils utilisent des panaches d’odeurs – qui se déplacent comme de la fumée et se forment lorsque le vent souffle des molécules d’odeur depuis leur source – pour traquer des sources telles que des fleurs ou des phéromones.

Mais les souffleries sont généralement incapables de reproduire des conditions de vent extérieures réalistes. Une étude publiée dans la revue AIP Physique des Fluides explore les conditions de vent à l’échelle microscopique dans divers environnements extérieurs pour étudier ce que les insectes volants pourraient ressentir lors du suivi des panaches d’odeurs.

Les co-auteurs de l’étude Jaleesa Houle et Floris Van Breugel de l’Université du Nevada à Reno ont évalué la turbulence mécanique produite par le vent ambiant circulant sur des éléments de rugosité de surface tels que les bâtiments, les arbres et les clôtures et son rôle dans le suivi du panache d’odeurs.

« Puisque nous étudions la dynamique du vent dans la sous-couche de rugosité de surface, la plupart des théories de similarité atmosphérique connues qui décrivent les propriétés du profil du vent ne sont pas applicables », a déclaré Houle. « Nous utilisons donc l’analyse statistique pour trouver des corrélations spatiales et temporelles significatives entre les mesures du vent pour divers sites où nous avons collecté des données. »

Comment l’étude a été menée

Les chercheurs ont recueilli des données sur le vent près de la surface de plusieurs steppes de sauge (prairies remplies d’arbustes), forêts et zones urbaines du nord du Nevada et ont découvert que la direction du vent près de la surface est souvent très variable sur des échelles de temps inférieures à 10 minutes. Ils ont également constaté que la variabilité de la direction du vent était systématiquement plus élevée dans les environnements avec une plus grande complexité de surface (zones urbaines) et plus faible à des vitesses de vent plus élevées.

« Ceci est important car les insectes suivent généralement les panaches d’odeurs à des vitesses de vent plus faibles, ce qui indique qu’ils donnent un sens à la grande variabilité directionnelle qu’ils rencontrent », a déclaré Houle. « L’intensité de la turbulence est fortement corrélée aux écarts-types dans la direction du vent, ce qui pourrait être utile pour les futures conceptions expérimentales de soufflerie visant à recréer des vents plus » naturels « . »

Ce que les experts ont appris

Sur la base de leurs découvertes, Houle et van Breugel émettent l’hypothèse qu’une plage optimale de vitesse du vent et de complexité de la surface environnementale peut exister pour aider les insectes à localiser une source d’odeur.

« D’autres expériences seront nécessaires pour tester notre hypothèse et pourraient nous aider à mieux comprendre les implications de la fragmentation des terres sur le succès d’insectes de suivi de panache écologiquement importants, tels que les pollinisateurs », a déclaré Houle.

« Au-delà de cela, nos résultats donnent aux chercheurs une raison impérieuse de se concentrer sur l’augmentation de la variabilité directionnelle dans les études en soufflerie s’ils veulent découvrir des comportements de suivi du panache qui ressemblent davantage à ce que nous pourrions voir dans la nature. »

Ensuite, les chercheurs appliqueront leurs découvertes à des expériences de suivi de panache en soufflerie et à une série d’études en plein air.

« Au cours de l’été, nous prévoyons de tester notre hypothèse concernant les types de conditions de vent que les insectes pourraient préférer lors du suivi des panaches d’odeurs », a déclaré Houle. « En laboratoire, nous recherchons activement des moyens de créer une plus grande variabilité directionnelle pour mieux imiter le vent naturel. »

En savoir plus sur le vol des insectes

Le vol des insectes est un phénomène naturel remarquable qui intrigue les scientifiques depuis des siècles. Malgré leurs schémas apparemment erratiques, les insectes sont en fait des pilotes incroyablement habiles, capables d’exécuter des manœuvres complexes que même nos avions les plus avancés ne peuvent reproduire.

Au cœur de la capacité de vol d’un insecte se trouvent ses ailes, qui sont constituées d’une cuticule mince et flexible – le même matériau qui constitue l’exosquelette de l’insecte. Les ailes sont incroyablement légères, mais suffisamment solides pour résister aux battements rapides et vigoureux nécessaires au vol.

Deux paires d’ailes

Les insectes ont généralement deux paires d’ailes, bien que chez certaines espèces, comme les mouches (Diptères), la deuxième paire d’ailes ait évolué vers des structures appelées licols qui aident à l’équilibre et à la navigation.

Le vol des insectes implique deux principaux modèles de battement d’ailes : le chiffre huit et le clap-and-fling.

Motif en huit

C’est le modèle le plus courant et il est utilisé par les abeilles, les mouches et de nombreux autres insectes. L’insecte bouge ses ailes en forme de huit, créant un tourbillon d’air (vortex) au-dessus de l’aile qui produit de la portance. C’est un moyen efficace de voler qui permet aux insectes de planer sur place, de voler en arrière et de changer rapidement de direction.

Motif clap-and-fling

Dans cette méthode, utilisée par des insectes plus petits comme les thrips et certains types de coléoptères, l’insecte claque des ailes au-dessus de son corps, puis les sépare. Lorsque les ailes se séparent, l’air se précipite pour remplir le vide, créant un vortex qui génère de la portance.

L’une des principales différences entre le vol d’insectes et le vol d’oiseau ou d’avion est la façon dont la portance est créée. Les oiseaux et les avions créent une portance en avançant, l’air circulant plus rapidement sur le haut de l’aile que sur le bas en raison de sa forme (un effet décrit par le principe de Bernoulli). Les insectes, d’autre part, génèrent de la portance en battant leurs ailes d’avant en arrière à des fréquences élevées.

Les insectes sont également capables de contrôler l’angle auquel leurs ailes battent, appelé « angle d’attaque », ce qui leur permet de changer rapidement de direction ou de planer sur place. Ils ont un contrôle incroyable sur leur vol, capables de changements quasi instantanés de vitesse et de direction.

La capacité des insectes à voler a joué un rôle essentiel dans leur succès en tant que groupe, aidant à l’acquisition de nourriture, à échapper aux prédateurs et à la dispersion vers de nouveaux habitats. Malgré leur petite taille, les insectes ont développé l’une des formes de vol les plus efficaces du règne animal.