Biomimétisme et vision des insectes

Publié le 23 Mars 2014

La parution de l’ouvrage « Poulpe fiction, quand l'animal inspire l'innovation », récemment évoquée dans notre page Facebook, me conduit à m’intéresser ici à la vision des insectes, puisque les auteurs Agnès Guillot et Jean-Arcady Meyer, traitent entre autres - et les exemples sont nombreux et passionnants - d’un œil artificiel inspiré de celui de l’insecte. Comme j’avais en plus des photos de notre ami Philippe Delmer, c’était pour moi une raison supplémentaire d’écrire cet article.

Mais au préalable je jette un coup d’œil (clin d’œil ?) aux vieux textes : l’Encyclopédie de Diderot, tome X, page 775 où je découvre l’article suivant :

« Mouche-dragon, œil de la (Science microsc.) la mouche-dragon est peut-être la plus remarquable des insectes connus, par la grandeur & la finesse de ses yeux à réseau, qui paroissent même avec les lunettes ordinaires dont on se sert pour lire, semblables à la peau qu’on appelle de chagrin. M. Leeuwenhock trouve dans chaque œil de cet animal 12544 lentilles, ou dans les deux 25088 placées en exagone ; en sorte que chaque lentille est entourée de six autres ; ce qui est leur situation la plus ordinaire dans les autres yeux de mouche. Il découvrit aussi dans le centre de chaque lentille une petite tache transparente, plus brillante que le reste, & il crut que c’étoit la prunelle par où les rayons de lumiere passoient sur la rétine ; cette tache est environnée de trois cercles, & paroît sept fois plus petite que le diametre de toute la lentille. On voit dans chacune de ces surfaces lenticulaires extrèmement petites, autant d’exactitude pour la figure & la finesse, & autant d’invention & de beauté que dans l’œil d’une baleine & d’un éléphant. Combien donc doivent être exquis & délicats les filamens de la rétine de chacune de ces lentilles, puisque toute la peinture des objets qui y sont représentés doit être plusieurs millions de fois moindre que les images qui se peignent dans notre œil. »

Biomimétisme et vision des insectes

Le rédacteur n'est pas précisé, mais l’article précédent est signé D.J., à savoir Louis de Jaucourt, le spécialiste des insectes de l’Encyclopédie. Pourquoi cet article est-il anonyme ? Bah… et qui est ce Monsieur Leeuwenhock ? Un néerlandais (1632-1723) qui a amélioré le microscope et est considéré comme un des précurseurs de la biologie cellulaire. Dès 1632, il découvre bactéries, protozoaires et spermatozoïdes… suscitant l’enthousiasme des scientifiques de l’époque. Bon j’arrête, sinon je vais être vite hors sujet. Et si en plus je m'engage sur la sexualité des insectes...

Déjà, grâce au microscope, les savants des 17-18ème siècles avaient pu examiner la structure d’un œil d’insecte et imaginer son fonctionnement en considérant qu’il était composé d’une multitude d’yeux similaires aux nôtres.

Les arthropodes, dont font partie les insectes, possèdent des yeux composés, ou yeux à facettes, constitués de récepteurs sensibles à la lumière nommés ommatidies, chacune avec sa cornée, sa chambre interne, sa rétine et son nerf optique. Je vous renvoie aux ouvrages spécialisés pour comprendre en détail comment cela fonctionne, toujours est-il que comme pour nous c’est le cerveau qui interprète ce que les capteurs ont perçus (donc les insectes ont un cerveau, oui le protocérébron, faudra qu’on en parle). Chez les insectes quelques aptères (sans ailes) ne possèdent que très quelques ommatidies, la mouche drosophile en possède 800, et le nombre s’envole à 30000 chez certains coléoptères, odonates ou papillons de nuit. Il faut aussi savoir que le nombre d’ommatidies augmente au fur et à mesure du développement de l’insecte : un bébé æschne en possède un peu moins de 300, sa grand-mère 100 fois plus.

Biomimétisme et vision des insectes

Les insectes ont deux yeux composés, plus ou moins volumineux, plus ou moins espacés, quelquefois jointifs, jamais pédonculés comme chez le crabe. Le champ de vision des insectes est très large et leur permet de détecter facilement les mouvements, les ommatidies s’activant successivement au passage d’un objet. Nous voyons 24 images/secondes, la mouche en voit 200. Voilà pourquoi j’ai du mal à attraper les mouches à la main, mais cela ne m’explique pas pourquoi c’est plus facile avec une tapette en plastique à 1 euro au supermarché (je ne vous parle pas de la bombe aérosol sur les bestioles qui font krrr-krrr ou bzzz-bzzz , elle est hors jeu).

Et cela se complique. Les yeux d’insectes sont sensibles à une large gamme de longueurs d’onde, les couleurs du visible et jusqu’à l’ultraviolet (rare chez les vertébrés), mais malgré leur nombre important de facettes, ils perçoivent mal les détails, contrairement à ce que pensait l’encyclopédiste, pas de chance.

Et ce n’est pas fini. Certains insectes possèdent en outre des "ocelles", des yeux simples leur permettant de capter les variations de lumière, rôle que joue chez d’autres la "pseudopupille" changeant de position sur l’œil. Attention pour les ocelles ne confondez pas avec les taches sur l'aile d'un papillon ou les plumes du paon, qui comme chacun sait n'est pas un insecte (c'est un oiseau de la famille des Phasianidae, à ne pas confondre avec les paons homonymes de l'ordre des lépidoptères, mais je m'égare). Certains insectes sont sensibles à la polarisation de la lumière. A ce propos, il faudra que l’on aborde un jour (pourquoi pas une nuit ?) les méfaits de la pollution lumineuse sur les insectes. C’est important et attention les insectes nous ont à l’œil…

Mais venons enfin au biomimétisme, prétexte de cet article, j’y arrive. « Poulpe fiction », ouvrage qui vient tout juste de sortir – et que je viens tout juste de commencer à lire en commençant par le chapitre sur l’œil artificiel - en parle. Les publications scientifiques relatives au sujet remontent à l’été 2013 et ont été à l’époque commentées dans les médias. Il faut dire que c’est une belle innovation.

Il s’agit du projet CURVACE, un acronyme comme les aiment les projets européens, pour "miniature curved artificial compound eye", c’est-à-dire œil composé artificiel miniature courbe, mettez les adjectifs dans l’ordre que vous voulez, enfin si je ne me suis pas trompé, j’allais dire mis le doigt dans l’œil mais c'est un peu populaire, tant pis c'est écrit et en ligne C’est un projet mené dans le cadre du 7ème Programme Cadre européen pour l’amélioration de la compétitivité de l’industrie européenne. Les initiés comprendront. Le coût total a été de 2.73 millions d’euros dont 2.09 de financement européen. Il a duré 45 mois de 2009 à 2013.

Les partenaires de ce programme étaient suisses (Lausanne), allemands (Iena et Tübingen) et français, à savoir deux laboratoires CNRS de l’Université d’Aix-Marseille : l’Institut des Sciences du Mouvement et le Centre de Physique des Particules, tous deux implantés à Marseille

L’œil artificiel réalisé est un petit cylindre de 12.8 mm de diamètre et de 1.75 g constitué de 630 yeux élémentaires, composés chacun d’une lentille (172 microns) associée à un pixel électronique (30 microns).

Biomimétisme et vision des insectes

Bien sûr il faut derrière tout cela un système informatique de traitement des données : le cerveau … mais de nos jours il n’y a quasiment plus de difficultés dans ce domaine.

Et voilà les usages que l’on peut en espérer. C’est la Commission européenne qui parle, je cite :

Cet œil artificiel pourrait être utilisé dans des domaines où la détection panoramique des mouvements est primordiale, souligne la Commission : il pourrait être fixé sur les voitures pour détecter efficacement les obstacles ou intégrés dans des micro-drones (MAV).

Leur faible épaisseur et leur souplesse intrinsèques permettraient également de les intégrer dans des tissus pour fabriquer des vêtements intelligents, tels que des chapeaux munis d’un système avertisseur de risque de collision destinés aux personnes malvoyantes. Des yeux composés artificiels flexibles pourraient aussi être fixés aux murs et au mobilier de maisons intelligentes afin de détecter les mouvements », cite encore le communiqué, mentionnant les personnes âgées en « autonomie assistée à domicile » et la prévention des accidents chez les enfants.

Super bien vu, non ?

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Vandeplanque Martine 23/03/2014 18:54

Les petites digressions (qui permettent de souffler un peu avant de reprendre le fil) sont toujours aussi plaisantes et enrichissantes. Égarée dans un véritable labyrinthe de questions et d'explications supplémentaires, j'ai pu apprendre que je pourrais, si par malheur je perdais mes lunettes de soleil polarisées, les remplacer par des ailes d'insectes ;) !