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Les insectes sont les premiers organismes à avoir développé la capacité de voler, il y a 170 millions d’années (lire article sur la phylogénie). L’acquisition du vol constitua une innovation majeure dans leur évolution : elle leur a procuré un avantage décisif comme échapper à la prédation, fuir un environnement hostile pour en rechercher un plus favorable et aussi rencontrer des individus du sexe opposé pour la reproduction.

Contrairement à l’aile des vertébrés, celle des insectes ne possède pas de muscles intrinsèques (à l’intérieur de l’organe), elle est rattachée au thorax par un ensemble complexe d’éléments articulés appelés pteralia (lire cet article sur l’anatomie de l’aile).

Leonard de Vinci a déterminé que le vol nécessitait trois éléments : 1) Un moteur léger et puissant ; 2) Des ailes capables de générer des forces aérodynamiques suffisantes ; 3) Un système de contrôle perfectionné pour maintenir le corps en l’air. Les insectes satisfont ces trois critères.

Malgré d’importantes recherches sur le vol des insectes, celui-ci demeure encore peu expliqué car difficile à observer en raison de la taille de ces animaux et de la vitesse des mouvements. Il reste un sujet complexe et vaste. Avec cet article, j’ai voulu synthétiser trois points essentiels pour vous permettre d’en apprendre davantage sur : l’aérodynamisme, la musculature et le système de contrôle.

I) Ailes et aérodynamisme

Le vol des insectes est bien plus compliqué que celui des avions qui repose sur 2 principes :

  • Principe de Bernouilli : l’aile est profilée de telle manière qu’en se déplaçant, elle provoque une division du flux d’air : le courant circulant au dessus, en accélérant, crée une dépression et donc une aspiration (force perpendiculaire à la surface de l’aile), ce phénomène est appelé la portance.
  • La Portance : l’inclinaison de l’aile (son angle d’attaque) augmente la force d’aspiration, au delà de 15°, cette portance disparaît, entrainant le décrochage de l’avion et donc sa chute.

Les principes physiques conditionnant le vol repose sur la mécanique des fluides car un gaz se comporte comme un liquide visqueux.

Chez les insectes, l’aile est plane et présente un angle d’attaque de 30-40°, donc bien supérieur au 15° : Comment peuvent-ils se maintenir en vol dans ces conditions?

I) 1 : Le battement des ailes

Contrairement aux idées reçues, les insectes, hormis les libellules, ne battent pas des ailes de haut en bas, mais pratiquement sur un plan horizontal d’avant en arrière (mouvement sinusoïdal). Lorsque l’insecte bat de l’aile, il se forme un (suite…)

Les insectes sont les seuls invertébrés ayant acquis la capacité de voler (place des insectes dans la classification, lire cet article). Contrairement aux autres animaux volant comme les oiseaux et les chauve-souris, où les ailes sont issues des membres antérieurs, celles des insectes ont une structure et une origine totalement différentes. Leur origine et leur histoire évolutive restent encore confuses et controversées. D’un système simple au début, le fonctionnement des ailes s’est avéré par la suite d’une incroyable complexité!

Origine et évolution

Les premiers insectes ailés fossiles connus sont datés du Paléozoïque (ère primaire : 545-245 millions d’années) et sont tous terrestres. L’acquisition des ailes et du vol a permis une explosion de diversité de familles (Hyménoptères, Lépidoptères, Diptères…), de genres et d’espèces (lire cet article). L’avantage évolutif procuré fut gigantesque : meilleure dispersion (recherche de nourriture, d’environnements favorables…etc.), capacité à fuir les prédateurs, meilleure stratégie reproductive. Cet avantage fut tel qu’aujourd’hui, les insectes ailés ou « Ptérygotes » constituent la quasi-totalité des espèces d’insectes. Les insectes non ailés dits « Aptérygotes » ne représentent, eux, qu’une faible minorité des espèces.

Deux théories ont été proposées pour expliquer l’origine des ailes des insectes.

  • La première, plus traditionnelle et supportée par des évidences expérimentales et des modélisations théoriques, suggère que la sélection naturelle aurait agi sur des insectes arboricoles (« Protoptérygotes« ), munis d’excroissances sur le thorax et effectuant du vol plané, en favorisant l’élargissement de ces organes et en mettant en place les innovations techniques et biologiques pour battre des ailes (certaines espèces de fourmis contrôlent leur chute avec leurs pattes : ici).
  • Selon les tenants de la seconde, le vol serait issu d’insectes semiaquatiques utilisant des excroissances thoraciques pour écumer l’eau, à la manière des larves d’Ephéméroptères et de Plécoptères : la sélection naturelle leur aurait permis de quitter le milieu aquatique pour celui des airs.
Description des différentes éléments d'une patte de crustacé (crustacea.academic)

Différentes éléments d’une patte de crustacé (Source : crustacea.academic)

Ces dernières décennies, la paléo-entomologiste tchèque Jarmila Kukalova-Peck a présenté une nouvelle théorie. Selon elle, chez les arthropodes comme les crustacés, les pattes sont ramifiés (« biramés »), avec un appendice dorsal ou externe (exopodite) et un appendice ventral ou interne (endopodite), une anatomie qui n’est pas retrouvée chez les insectes où les pattes ne sont constituées que d’un appendice (voir illustration). L’idée est que les ailes seraient issues d’exopodites modifiées (2ème et 3ème paires), tandis que la première paire aurait été perdue ou incorporée au thorax.

Cette théorie a l’avantage d’expliquer, contrairement aux deux autres, de la mise en place d’une (suite…)