Comment les mouches à fruits exécutent les virages en vol

Les capacités de vol fulgurantes des insectes sont étonnantes à regarder. Mais c'est aussi un casse-tête pour les physiciens et les ingénieurs qui connaissent depuis longtemps la dépendance à l'échelle de l'aérodynamique qui fait du vol une question assez différente pour une mouche des fruits que pour un pigeon ou un jumbo.

Alors que nous connaissons depuis des siècles les principes de portance qui maintiennent un avion en l'air, les physiciens n'ont découvert qu'au cours des 10 dernières années environ, comment les ailes d'insectes créent une portance grâce à la génération et à l'interaction avec des vortex.

Après avoir résolu cette énigme, l'attention se tourne vers la façon dont les insectes volants contrôlent leur mouvement. La question est de savoir comment ces pilotes manipulent leurs ailes pour exécuter des virages en vol, parfois extrêmement brusques et à une vitesse relativement élevée ?

La réponse vient aujourd'hui de Jane Wang et de ses amis de l'Université Cornell qui ont étudié la façon dont les mouches des fruits tournent à l'aide de trois caméras à angle droit enregistrant des images à une cadence de 8 000 images par seconde, soit environ 35 images par battement d'aile.

Les mouches des fruits génèrent de la portance et de la propulsion en faisant bouger leurs ailes d'avant en arrière dans une sorte de mouvement de rame. Des séquences vidéo à grande vitesse montrent qu'en vol régulier, l'angle d'attaque de chaque aile est à peu près le même pendant les mouvements avant et arrière et que le mouvement de l'aile gauche reflète celui de la droite. Ainsi en vol stabilisé, le couple généré par chaque aile s'annule.

Mais pendant un virage, Wang et ses collègues disent qu'une mouche des fruits modifie l'angle d'attaque d'une aile d'environ 9 degrés, générant une traînée supplémentaire qui fait tourner la mouche des fruits.

Imaginez donc regarder une mouche des fruits en vol. Un changement de l'angle d'attaque de l'aile droite génère une traînée qui fait tourner la mouche dans le sens des aiguilles d'une montre.

Ce qui est intéressant dans l'analyse de l'équipe Wang, ce sont leurs conclusions sur la façon dont une mouche des fruits contrôle ce changement d'angle d'aile. Il semble que la capacité d'une mouche à voler soit en grande partie fonction de la force et de l'élasticité des ailes elles-mêmes : elles sont conçues pour ramer. Cela réduit immédiatement la charge de commandement et de contrôle sur le système nerveux central de la mouche des fruits.

C'est une idée appelée dynamique passive dans laquelle la conception d'un système inclut la capacité de contrôler le mouvement par défaut, comme la capacité d'un volant à s'orienter en vol.

Wang et ses collègues disent que le virage semble être exécuté par une très petite modification du comportement de type ressort de la charnière de l'aile. Et que cela peut être facilement fait en utilisant un muscle relativement petit.

Notre modèle prédit que les muscles de vol des mouches peuvent agir sur plusieurs battements d'ailes pour biaiser le pas des ailes et pourtant générer les changements de sous-battements d'aile dans le mouvement des ailes qui induisent aérodynamiquement la manœuvre, selon l'équipe.

Cela peut sembler quelque peu ésotérique, mais cela devrait s'avérer très utile pour le nombre croissant d'ingénieurs qui tentent de construire des micro-véhicules aériens robotisés avec des ailes semblables à des insectes.

Wang et ses collègues concluent : Le mécanisme simple utilisé par les mouches des fruits peut être assez général et devrait également simplifier le contrôle des machines volantes qui battent.

Quelqu'un a entendu ce bourdonnement ?

Réf : arxiv.org/abs/0910.0671 : Les mouches des fruits modulent le tangage passif des ailes pour générer des virages en vol

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