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L'observation en microtomographie par rayons X révèle les muscles qui contrôlent le vol des mouches
Ces images exceptionnelles d’une mouche en plein vol ont été capturées grâce à une technique d’imagerie 3D par rayons X. On y voit les muscles de la mouche bleue (Calliphora vicina) se contracter, pour lui permettre d’agiter les ailes plus de 150 fois par seconde. Ces battements ne produisent pas seulement un vrombissement agaçant : ils permettent surtout à l’insecte de se mouvoir avec une agilité hors du commun.
Pour effectuer un virage, la mouche doit faire osciller ses ailes de manière asymétrique. Les muscles qui fournissent à l’insecte la puissance nécessaire au vol (en couleurs chaudes sur la vidéo) ne sont pas connectés aux ailes, mais se contentent de faire vibrer le thorax. Les vibrations sont communiquées aux ailes et amplifiées via un système d’articulations, mais ce mouvement est symétrique. C’est donc aux muscles de pilotage (en couleurs froides) que revient la tâche de faire pivoter les ailes à des allures différentes. D'où l'interrogation des chercheurs : comment ces muscles minuscules peuvent-ils contrôler le puissant mouvement des ailes ?
Pour observer l’action des muscles, les chercheurs ont utilisé une technique dite de microtomographie par rayons X. Le faisceau de rayons X est plus ou moins atténué selon les milieux qu’il traverse : il est ainsi possible, en variant les angles de vue, de reconstituer une image 3D des organes de la mouche. Mais pour visualiser l’action des muscles de pilotage, encore faut-il que les insectes s’essaient au virage. Les chercheurs ont ainsi « dupé » les diptères en les soumettant à un vent de face et en les plaçant sur un dispositif rotatif. Se croyant en vol, les mouches essayaient naturellement de virer dans le sens opposé. Leurs contractions musculaires ont ainsi pu être capturées et combinées pour obtenir le film en 3D ci-dessus.
Grâce à ces images, les chercheurs ont réussi à mieux comprendre le système musculaire qui permet à la mouche de guider son vol. Ce système fonctionne comme un amortisseur de voiture, en absorbant de l’énergie cinétique plutôt qu’en en fournissant. Un muscle en particulier a été identifié (en jaune-vert sur la vidéo) : en se contractant, il permet d’amortir les battements de l’aile à laquelle il se rattache, en amplitude et en fréquence. Freiné d’un côté, l’insecte effectue un virage, comme un canoë dont l’un des équipiers pagaierait moins vite que l’autre.
Le mécanisme de vol de la mouche constitue une merveille d’ingénierie, peaufinée par 300 millions d’années d’évolution. Basé sur des effecteurs mécaniques très simples – des faisceaux musculaires qui se contractent linéairement –, il permet d’obtenir un vol rapide et précis. La compréhension fine de son fonctionnement pourrait ainsi permettre de construire des drones d’un nouveau genre.
Pour effectuer un virage, la mouche doit faire osciller ses ailes de manière asymétrique. Les muscles qui fournissent à l’insecte la puissance nécessaire au vol (en couleurs chaudes sur la vidéo) ne sont pas connectés aux ailes, mais se contentent de faire vibrer le thorax. Les vibrations sont communiquées aux ailes et amplifiées via un système d’articulations, mais ce mouvement est symétrique. C’est donc aux muscles de pilotage (en couleurs froides) que revient la tâche de faire pivoter les ailes à des allures différentes. D'où l'interrogation des chercheurs : comment ces muscles minuscules peuvent-ils contrôler le puissant mouvement des ailes ?
Pour observer l’action des muscles, les chercheurs ont utilisé une technique dite de microtomographie par rayons X. Le faisceau de rayons X est plus ou moins atténué selon les milieux qu’il traverse : il est ainsi possible, en variant les angles de vue, de reconstituer une image 3D des organes de la mouche. Mais pour visualiser l’action des muscles de pilotage, encore faut-il que les insectes s’essaient au virage. Les chercheurs ont ainsi « dupé » les diptères en les soumettant à un vent de face et en les plaçant sur un dispositif rotatif. Se croyant en vol, les mouches essayaient naturellement de virer dans le sens opposé. Leurs contractions musculaires ont ainsi pu être capturées et combinées pour obtenir le film en 3D ci-dessus.
Grâce à ces images, les chercheurs ont réussi à mieux comprendre le système musculaire qui permet à la mouche de guider son vol. Ce système fonctionne comme un amortisseur de voiture, en absorbant de l’énergie cinétique plutôt qu’en en fournissant. Un muscle en particulier a été identifié (en jaune-vert sur la vidéo) : en se contractant, il permet d’amortir les battements de l’aile à laquelle il se rattache, en amplitude et en fréquence. Freiné d’un côté, l’insecte effectue un virage, comme un canoë dont l’un des équipiers pagaierait moins vite que l’autre.
Le mécanisme de vol de la mouche constitue une merveille d’ingénierie, peaufinée par 300 millions d’années d’évolution. Basé sur des effecteurs mécaniques très simples – des faisceaux musculaires qui se contractent linéairement –, il permet d’obtenir un vol rapide et précis. La compréhension fine de son fonctionnement pourrait ainsi permettre de construire des drones d’un nouveau genre.
par Yvan Pandelé
pour la science
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