Insectes et minidrones

Publié le 9 Février 2014

"Le vol des oiseaux et des insectes m'a toujours préoccupé… J'avais essayé tous les genres d'ailes d'oiseaux, de chauves-souris et d'insectes, disposées en ailes battantes, ou ailes fixes avec hélice …"

C’est ainsi que Clément Ader disait s’être inspiré de la nature.

Intéressons nous au vol des insectes en revenant si vous le voulez bien à l’Encyclopédie de Diderot et d’Alembert et plus particulièrement à l’article « Insecte » :

« De la progression des insectes qui volent dans l’air. Parmi les insectes qui sont obligés de chercher leur nourriture dans l’éloignement ; les uns ont deux aîles, d’autres quatre, & d’autres de petits balanciers qui leur servent comme de contre-poids. Ces petits balanciers, ou ces petites boules, sont placées sous la partie postérieure des aîles, & elles tiennent au corps par un filet fort mince, qui sert à l’animal pour les mouvoir selon qu’il en a besoin. Chez les uns elles sont toutes nues, & chez les autres elles sont couvertes. Leur usage est de tenir le corps en équilibre ; elles sont aux insectes ce que les contre-poids sont aux danseurs de corde, & les vessies remplies d’air aux nageurs. Si on leur coupe une de ces boules, on s’apperçoit qu’ils panchent plus d’un côté que de l’autre ; & si on les leur ôte toutes deux, ils n’ont plus ce vol léger & égal qu’ils avoient auparavant, ils ne savent plus se diriger, & ils font des culbutes. La plûpart des insectes n’ayant point de queue & de plumes comme les oiseaux, ont un vol fort inégal, & ne peuvent pas tenir leur corps en équilibre dans un élément si subtil, & qui cede aussi aisément. Swammerdam a pourtant trouvé une espece de papillons qu’il faut excepter de cette regle générale ; il a une queue à l’aide de laquelle il dirige son vol comme il veut. Enfin parmi les insectes qui volent, les uns s’élevent dans l’air à une certaine distance de la terre, tandis que d’autres voltigent sans cesse à quelques lignes seulement de sa surface. »

Il y a là bien de la poésie… et l’orthographe est garantie d’époque.

Les photographes d’insectes aiment bien les prendre en vol. Par exemple le moro – sujet de notre précédent article - qui butine en ne se posant jamais. Ses ailes battent 80 fois par seconde et lui permettent le sur-place et même le vol arrière.

Il ne s’agit pas ici de développer l’art et la technique du vol chez les insectes, mais simplement d’apporter quelques bribes d’informations (les vitesses de vol sont tirées d’un article de l’OPIE) :

Les coléoptères utilisent une seule paire d’ailes pour voler, les élytres servent essentiellement de protection et leur confèrent un vol plutôt maladroit, avec des vitesses de l’ordre de 10 km/h. Les hyménoptères comme les abeilles ont deux paires d’ailes et volent très loin, mais elles ne peuvent ni avoir de vol stationnaire, ni voler quand il pleut. Une abeille ouvrière peut atteindre 50 km/h. Les odonates – qui sont sans doute les plus anciens insectes volants - ont deux paires d’ailes, chaque aile étant indépendante des trois autres, ce qui leur permet le vol stationnaire, le changement brusque de direction ou d’altitude, et même l’accouplement en vol… L’Aeschne vole à près de 100 km/h !

Insectes et minidrones

Les thysanoptères (thrips) sont si légers qu’avec leurs 2 paires d’ailes munies comme de plumes, ils nagent dans l’air plus qu’ils ne volent. Les diptères (mouches) ont une paire d’ailes, mais portent comme un second jeu d’ailes en fait de minuscules sacs d’air, les licols, qui les équilibrent et leur permettent un vol très rapide, des changements de directions brusques et le vol stationnaire. Le taon peut voler à près de 145 km/h.

Insectes et minidrones

Les lépidoptères (papillons) portent sur leurs ailes des écailles qui les alourdissent, mais leur procurent des bénéfices certains comme d’échapper aux toiles d’araignées et par leurs dessins et colorations d’éloigner les prédateurs. Ces écailles secrètent aussi des parfums qui attirent le sexe opposé. Les très grandes surfaces d’ailes de certains papillons leur permettent de faire de très longs vols planés et de parcourir de très longues distances, comme le Monarque qui parcourt du Canada au Mexique 4000 km à une vitesse de 30 à 40 km/h.

Mais notre article aimerait aussi un peu traiter de la recherche de l’imitation du vol de l’insecte dans la technologie. Donc au biomimétisme …

Les insectes volent en battant des ailes plusieurs centaines de fois par seconde, jusqu’à 600 fois comme les moustiques (le colibri l’oiseau le plus rapide ne bat des ailes que 80 fois par seconde), et qui plus est ne se fatiguent pratiquement pas...

Avant Clément Ader, Léonard de Vinci s’est intéressé au vol animal : chauves souris, oiseaux, insectes. L’idée était de développer un ornithoptère, engin volant inspiré du vol des oiseaux. Au début du 20ème siècle le français Etienne Oehmichen a consacré sa vie au vol des insectes, mais est mort oublié et ruiné dans les années 1950. Aujourd’hui, notamment pour la construction des drones et de mini-robots volants, ses travaux sont remis à jour (voir l’intéressant article du Monde de janvier 2012 « De la libellule au microdrone : comment les insectes nous apprennent à voler »)

Le laboratoire de Berkeley - Biomimetic Millisystem Lab - s’est spécialisé, en collaboration étroite avec des biologistes, dans l’application des mouvements des insectes, notamment le vol, pour développer des mini-robots au « vol bio-inspiré ». Le vol battu a notamment permis de développer un robot destiné à voler jusqu’à 2.5 m/s à l’intérieur des constructions en détectant et en naviguant parmi des obstacles non modélisés, le robot de 13 g portant une charge utile de 2.8 g étant suivi et dirigé par une station extérieure.

Insectes et minidrones

En France, un laboratoire de l’ONERA (projet Remanta et le drone du futur copie la nature) s’intéresse entre autres au vol de la libellule pour développer des microdrones. Cet insecte très ancien présente une mécanique de vol simple - les ailes supérieures se lèvent tandis que les ailes inférieures se baissent. - facile à imiter avec une fréquence de battements de 20 à 40 Hz, alors que les mouches battent elles à 1000 Hz…

On voit bien tout l’intérêt de développer des robots volants militaires ou civils - de la taille d’un insecte - capable d’accomplir des missions de renseignements ou d’inspection dans des endroits difficilement accessibles.

Les insectes ont décidément beaucoup de choses à nous apprendre.

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