CHEMIN DES PLUMES

Voyager & découvrir

Comment les oiseaux volent-ils ? Des chercheurs révèlent un phénomène aérodynamique jusqu’alors inconnu

En volant en ligne droite, les oiseaux maintiennent des vitesses de vol élevées avec un minimum d’effort.

STAN HONDA / AFP

Une équipe de mathématiciens a découvert de nouveaux phénomènes qui aident à mieux comprendre le fonctionnement du vol des oiseaux en ligne droite.

Si vous avez déjà levé la tête alors qu’un groupe d’oiseaux migrateurs passait par là, vous avez sûrement dû remarquer leur structure particulière. Le vol de ces oiseaux en ligne droite ou en forme de V souvent observé lors de leurs migrations annuelles fascine les observateurs et les scientifiques. Comment ces oiseaux parviennent-ils à maintenir une telle dynamique sur de longues distances ?

Les oiseaux sont connus pour profiter des flux, tels que l’air ou l’eau, afin d’économiser de l’énergie pour se déplacer. La formation en V ou en ligne est privilégiée par les oiseaux. Elle réduit le frottement de l’air pour les individus qui volent derrière ceux qui sont en tête, ce qui leur permet d’économiser de l’énergie. Plusieurs espèces de volatiles utilisent cette technique, des oies aux flamants roses, en passant par les grues et les pélicans. Mais si cette technique a déjà été décryptée par les scientifiques, d’autres mécanismes physiques pourraient expliquer l’efficacité des vols en ligne droite.

L’efficacité des formations linéaires à nouveau prouvée

Une nouvelle étude, dirigée par des mathématiciens de l’université de New York et publiée le 24 avril 2024 dans la revue Nature Communications, révèle deux nouveaux phénomènes.

Pour comprendre les interactions au sein d’un groupe d’oiseaux, les chercheurs ont recréé une situation de vol linéaire. Pour cela, ils ont fabriqué un prototype, utilisant des reproductions d’ailes en 3D, ressemblant à de petites pales. Ces ailes, libres de se déplacer horizontalement, mais contraintes verticalement, ont été observées dans un réservoir d’eau, servant de fluide analogue à l’air. Leurs mouvements ont été enregistrés et analysés. Une fois actionnées par un moteur, les ailes, bien que libres de tout mouvement horizontal, se sont synchronisées naturellement.

Derrière ce résultat, il y a la découverte d’un nouveau phénomène qui explique la solidité des structures de vol linéaires. Ce que les chercheurs expliquent, c’est que si un oiseau est déséquilibré, les tourbillons d’air que son voisin de devant provoquent dans sa traînée vont remettre en place l’oiseau déstabilisé et le maintenir en place.

Ces interactions sont comparables à des ressorts qui maintiennent chaque maillon de la file. Les oiseaux de devant exercent donc une influence sur ceux de derrière. Mais cette influence peut dans certains cas être négative pour le groupe.

Les longues chaînes d’oiseaux défavorisées face aux « flonons »

C’est le cas des grandes formations d’oiseaux. L’observation du système de ressorts agissant comme stabilisateurs ne s’applique qu’aux petits groupes. C’est la deuxième nouvelle information que dévoile cette étude.

Pour des groupes plus importants, les déséquilibres à l’avant engendrent des perturbations dans le flux d’air pour les membres en fin de file. Ces phénomènes, les chercheurs les ont appelés « flonons ». Le terme est inspiré des phonons, qui sont similaires à des vibrations dans des systèmes connectés, semblables à des ressorts.

Autrement dit, lorsqu’un individu fait un écart dans une grande ligne d’oiseaux, son mouvement produit une perturbation dans le flux d’air autour de lui. Cette agitation crée une sorte d’onde longitudinale. Cette onde se propage alors à travers le groupe, augmentant progressivement son amplitude, perturbant le vol de tous ceux qui sont derrière lui. Les oiseaux en fin de file doivent alors constamment s’efforcer de ne pas rentrer en collision avec leurs voisins. Les flonons peuvent entraîner une désynchronisation de la formation, perturbant la cohésion du groupe et augmentant le risque de sa désagrégation. Plus les oiseaux sont nombreux, plus il leur est difficile de rester en place.

Les chercheurs précisent que les systèmes examinés dans l’étude sont trop idéalisés pour prétendre à une précision quantitative. L’étude met tout de même en lumière des phénomènes pouvant contribuer à une meilleure compréhension des comportements de regroupement des oiseaux.