Tagged: sensilles campaniformes

Les insectes possèdent des capacités de vol allant bien au-delà de ce que peuvent produire les ingénieurs en robotique. Toutefois, le contrôle des manoeuvres et de la posture durant le vol reste à ce jour lacunaire.

Chez les mouches (Diptères), des organes spécialisés : les haltères (ailes postérieures modifiées), apportent des renseignements sur la position du corps (rotation) dans l’espace en jouant un rôle de gyroscope (force de Coriolis) (lire les articles sur le vol des insectes : anatomie et aérodynamique).

Les forces de torsion s’exerçant sur les haltères sont détectées par des mécanorécepteurs : les sensilles campaniformes (pour en savoir cet l’article).

Ne possédant pas d’haltères, les autres familles d’insectes utilisent d’autres structures pour prendre en compte de paramètre : c’est ce qu’a souhaité découvrir l’équipe mené par A.L. Eberle de l’Université de Washington (Etats-Unis).

Pour cela, les scientifiques ont reproduit une aile artificielle en plastique de papillon : celle de Manduca sexta, qu’ils ont fixé à un axe et fait battre à une fréquence de 25Hz.

Schéma de l'aile artificielle et les différents axes de rotation (source :

Schéma de l’aile artificielle et les différents axes de rotation (Source : Eberle et al. – Journal of the Royal Society (2015))

A l’aide de modèles informatiques et de robotique, ils ont observé et comparé les dynamiques structurelles tridimensionnelles : les déformations et les forces de torsion, subies par l’aile pour différentes orientations de son axe (voir schéma ci-contre).

L’équipe a mis en évidence l’existence de forces de torsion et de flexion s’exprimant à la base de l’aile lors de modifications de son axe. Les nombreuses sensilles campaniformes de la base de l’aile apportent ainsi des informations gyroscopiques à l’insecte, comme le font les haltères des mouches.  Ces mécanorécepteurs détectent les modifications structurelles de l’aile durant le vol (pression à la surface de la cuticule), renseignent l’insecte sur sa position dans l’espace et lui permettent de contrôler sa stabilité.

La découverte de cette nouvelle fonction des ailes d’insectes permet d’en apprendre davantage sur les mécanismes mis en jeu dans le vol. Cependant, les relations entre la flexibilité de l’aile et le système de contrôle ne sont pas encore bien établies.

Cette étude, soutenue par l’Air Force Office, a pour objectif de transférer ces connaissances à l’élaboration de robots volant miniatures basés sur le vol des insectes (biomimétisme).

Source :

– Eberle A.L. ; Dickerson B.H. ; Reinhall P.G. & Daniel T.L. (2015) : A new twist on gyroscopic sensing : body rotations lead to torsion in flapping, flexing insect wings. Journal of the Royal Society Interface. 12:104 (lien ici)

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…)