Le secret du vol en « V » des oiseaux révélé : ils économisent plus d’énergie grâce à un simple tour d’aile

Un modèle sur les ibis chauves montre que les adeptes raccourcissent leur pouls et utilisent 11 % d'énergie mécanique en moins

L'ibis du deuxième rang progresse moins avec ses ailes. Lorsqu'il s'installe en arrière et légèrement sur le côté de son compagnon, au point le plus favorable de la formation en V, il peut réduire l'amplitude du volet à environ 70 % de celle nécessaire lors d'un vol solo. Dans le modèle développé à l'Université Brown, cette correction fait baisser de 11 % la puissance mécanique globale nécessaire pour voler. Le V vu d’en bas ressemble à une géométrie épurée. Dans les airs, c'est un travail de précision entre ailes, tourbillons et distances mesurées presque au centimètre près.

Le mécanisme a été reconstruit par Olivia Pomerenk et Kenneth Breuer, chercheurs au Centre de mécanique des fluides de l'Université Brown. Leur étude publiée dans PNAS part d'une certitude désormais assez solide : de nombreux grands oiseaux migrateurs exploitent le vol en V pour faciliter le voyage. Il reste plus difficile de comprendre d’où vient précisément cet avantage.

Le sillage du premier oiseau raccourcit le battement du second

Lorsqu’un oiseau bat des ailes, des tourbillons d’air émergent des extrémités. Immédiatement derrière le corps, ils produisent un courant descendant, tandis que sur les côtés, ils génèrent un courant ascendant. L'animal suivant se place justement dans cette seconde zone, suffisamment loin pour éviter la partie la plus difficile du sentier et suffisamment proche pour exploiter sa poussée ascendante. Une position confortable, à condition d’avoir la discipline nécessaire pour le maintenir en l’air pendant des kilomètres.

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Des études antérieures avaient déjà observé que les Ibis chauves synchronisaient leur rythme cardiaque avec celui du compagnon qui le précède. Lorsqu'ils occupent les deux diagonales du V, ils bougent leurs ailes afin de mieux intercepter le courant ascendant ; lorsqu'ils se retrouvent directement derrière, ils changent de phase pour limiter les effets du courant descendant. Ce sont des ajustements rapides et continus, difficilement visibles depuis le sol et encore plus difficiles à reproduire dans une maquette.

Pomerenk et Breuer ont réduit la scène à ses éléments essentiels : deux ibis, un devant et un dans le sillage, le second étant libre de changer de position dans l'espace, de phase et d'amplitude du battement et de flexion des ailes lors de l'ascension. Le modèle analyse le mouvement image par image, calculant les forces agissant sur l'animal suivant lorsque le sillage de l'animal qui suit se balance avec ses ailes.

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Le résultat précise également quel travail est soulagé. Chaque oiseau doit produire une portance pour supporter son poids et sa poussée pour avancer. Le courant généré par le leader réduit surtout l'effort nécessaire pour produire cette seconde force. Le suiveur peut donc diminuer l'amplitude du battement, déplacer moins les ailes verticalement et dépenser moins de puissance mécanique. Il fait le même trajet, avec un déplacement plus petit.

Les 11 % sont une estimation d'un modèle, pas un nombre de calories

Ces 11 % d'économie concernent la puissance mécanique estimée par le modèle, et non les calories consommées et mesurées directement sur un troupeau en migration. Les travaux concernent également deux Ibis chauves dans une configuration optimisée et stable. Un vrai troupeau change de forme, réagit au vent, échange de positions et comprend des animaux qui peuvent avoir différentes tailles, fatigues et motivations.

Le modèle renvoie cependant une position optimale qui coïncide avec celle déjà observée chez les ibis vivants. La réduction de puissance est également compatible avec les estimations expérimentales précédentes. Le mérite de l'étude réside donc dans l'explication mécanique : elle relie le courant d'air produit par le premier oiseau au changement concret apporté par le second, c'est-à-dire un rabat moins étendu et une flexion légèrement réduite lors de la montée des ailes.

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Le modèle pourrait également être utilisé pour des essaims de drones

Cette reconstruction pourrait également intéresser ceux qui conçoivent des systèmes de vol artificiel. Breuer évoque les essaims de drones utilisés dans l'agriculture ou dans la lutte contre les incendies : organiser la position et le déplacement des avions individuels afin d'exploiter les traînées de condensation pourrait réduire la consommation d'énergie et prolonger leur autonomie. L’application, pour l’instant, reste une perspective de recherche. Les ibis ont eu beaucoup plus de temps pour perfectionner la technique.

La prochaine étape consistera à insérer le couple dans des groupes plus larges et à y ajouter les dynamiques sociales et comportementales qui régulent un véritable troupeau. La formation en V ne reste d’ailleurs pas imprimée dans le ciel comme une règle. Il s'étire, se brise, se recompose. Et au sein de cette figure toujours imparfaite, chaque oiseau cherche son petit morceau d'air favorable.

Source : PNAS