Vol (animal)

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Décomposition du vol de la cétoine dorée.

Le vol d'un être vivant est l'aspect physique de son déplacement dans un milieu aérien. On parle de vol passif lorsque l'animal n'est capable que de vol plané et de vol actif lorsqu'il est capable de battre des ailes afin de combattre la pesanteur.

Insectes

Article détaillé : Vol des insectes.

Les insectes sont les seuls parmi les invertébrés à pouvoir réellement voler. Les araignées, ainsi que de nombreux autres petits organismes, peuvent se laisser emporter par le vent, mais ils n'ont pas d'ailes et ne peuvent pas diriger leur mouvement. La possibilité de voler a été importante pour la dispersion des insectes. Cette faculté leur permet d'échapper à leurs prédateurs, de s'accoupler plus facilement, d'atteindre de nouveaux biotopes et de nouvelles réserves alimentaires où ils pourront déposer leur progéniture.

Seuls les insectes au stade final d'imago (ou accessoirement de subimago chez les éphémères) sont capables de voler. Aucune larve d'insecte ne possède cette faculté.

De même, tous les insectes, même s'ils sont ailés ne volent pas forcément. Certains répugnent simplement à prendre l'envol alors que d'autres en sont incapables.

Vertébrés

L'archéoptéryx avait des plumes mais sa capacité à voler reste controversée^[1]. Il n'avait pas d'ailes complètement fonctionnelles, des doigts griffus et pas de bréchet pour servir d'appui aux muscles du vol^[2]. Cependant, des études tomographiques de l'oreille interne et du cerveau indiquent qu'il présentait des adaptations neurologiques spécifiques aux oiseaux capables de voler ^[3]^[4].
Les oiseaux volent non parce qu’ils ont des plumes mais parce qu’ils présentent un ensemble de caractéristiques morphologiques, donc des ailes, un complexe squelette-plumes. La main devenue très étroite forme une baguette triangulaire, qui chez un moineau, par exemple, contient 2 métacarpiens au lieu de 5 et des restes de phalanges correspondant aux doigts fusionnés. Il est probable que la régression de la main et la formation de la structure "aile" soit liée à la course bipède.

L'observation du vol des vertébrés comme les oiseaux, ou certains mammifères, révèle de nombreuses similitudes entre l'aéronautique (avions et hélicoptères) et le vol animal. La spécialisation des aéronefs et les différents modes de déplacement dans l'espace permettent de faire un découpage similaire. Quelques oiseaux sont cités en exemple (et des liens renvoient aux articles techniques) pour illustrer ces phases :

Type de vols

Envol et ascension

course longue et ascension sous faible pente à partir d'un sol ferme (albatros) ou de plans d'eau calme (cygne),
envol quasi vertical en bondissant et sans vent (pigeon),
envol quasi vertical avec mise à profit de vents forts (mouette, pétrel),
chute dans le vide pour acquérir une vitesse initiale (hirondelle, vautour). Elle est suivie du vol battu.

Vol plané

Le vol plané des oiseaux est acquis il demande la maitrise du vol et ne peut exister seul : des phases de vol battu sont nécessaires pour trouver les courants aériens.

vol tendu avec battements d'ailes continus (merle, pivert),
vol en vagues avec phases de vol plané (pinson)^[5].
économie des forces chez les oiseaux migrateurs (oie sauvage) : vol en formation (triangle), l'oiseau suiveur récupérant la composante ascendante en bout d'aile de l'oiseau précédant, battements d'ailes alternés par rapport à l'oiseau qui précède (nota : il faut ici tenir également compte, en plus de l'aérodynamique, de certains aspects physiologiques tels que la température du corps, perte de poids, l'orientation etc.),

Vol à voile

vol plané par mise à profit des vents ascendants (condor).
Les grands oiseaux marins peuvent rester longtemps sur la surface de l'eau, attendant que des vents violents les aident à prendre leur vol.

Combat aérien

manœuvres d'un oiseau de proie telles que retournement, les serres vers le haut (pour parer une attaque plongeante) ou pour tenter de s'approprier la proie d'un autre prédateur
attaque au sol (aigle) avec poser ou en passage rasant (pygargue)
plongeon dans l'eau (martin-pêcheur, fou de Bassan, voir aussi géométrie variable),
Bataille avec piqué des Colibris

Vol stationnaire

Article détaillé : Vol stationnaire.

alouette chantant au-dessus d'un champ (pour marquer son territoire) ou faucon observant une proie avant de plonger dessus,
oiseau-mouche : cas particulier car il peut effectuer avec ses ailes un mouvement en forme de 8 et même reculer en vol (pour sortir son long bec d'une fleur). Son vol s'apparente à celui de certains insectes comme la libellule et quelques papillons (sphinx)

Ralentissement du vol et atterrissage

Les oiseaux utilisent des techniques assez différentes pour se poser en fin de vol. Toutes les configurations sont possibles : sur sol ferme, sur un plan d'eau (avec freinage glissé sur les pieds palmés, canards), dans les falaises, les branchages etc. On peut cependant faire ressortir quelques points communs : écartement des plumes pour agrandir la surface portante, battement des ailes avec très grand angle d'incidence pour réduire la vitesse de translation, allongement des pattes pour la prise de contact avec le sol ou l'eau.

Utilisation des courants aériens

Le vautour fauve utilise de façon systématique les courants aériens.

Les courants aériens sont liés aux vents et aux différences de températures, ils ont plus ou moins importants selon les obstacles rencontrés par le vent et selon les surfaces chauffées par le soleil. Il s’en crée au-dessus de la mer à hauteur des vagues, au contact des falaises, au-dessus des champs de blé en été. Les oiseaux les utilisent en étalant leurs ailes pour offrir une surface maximum ; les rémiges primaires s'écartent pour canaliser l'air. Des phases de vol plané sont nécessaires pour les capter. Tout comme les poissons peuvent dormir en nageant, des oiseaux peuvent dormir en planant (martinets,grands oiseaux de mer).

Contraintes et réalisation du vol

Préalables

Être dans l’air : soit en sautant (donc pouvoir bondir), soit en tombant de haut.
S’y maintenir : grâce à une surface portante :ailes membraneuses ou ailes emplumées données par les bras. La première option est la plus facile à réaliser
Y progresser : utiliser les courants aériens (rotation de la main) ou battre des bras (mouvements synchrones)

Contraintes

La pesanteur : le poids est l’ennemi du vol (d’où légèreté initiale) mais la musculature étant irréductible, on va alléger le squelette (os creux)
Vaincre la résistance de l’air : forme aérodynamique, gommer les aspérités.
Produire une énergie suffisante pour un vol continu : homéothermie.
Maîtriser les courants aériens : nécessité d’un cerveau et d’organes des sens bien développés.

Réalisation

Un syrphe en vol.

Cas des Arthropodes :

Araignées : déplacement suspendu à un fil emporté par le vent.
Insectes : vol favorisé par le squelette externe chitineux : légèreté, expansions membraneuses devenant ailes, trachées atteignant tous les organes. Les ailes dériveraient d’expansions des pattes (ex-branchies, épipodites). Parfois ailes « emplumées » (microlépidoptères)

Les insectes ont été les premiers à découvrir le vol et les ailes s’y sont diversifiées (membraneuses, deux paires avec battements liés ou non, une paire avec balanciers, élytres protectrices… ) Au point que l’insecte qui ne vole pas est une exception.

Cas des Vertébrés :

Squelette interne posant un grave problème de poids. Complémentarité circulation-respiration nécessaire à la production d’énergie.

Développement

Le saut a été un préalable au vol, mais le prolongement de chute n’est pas le vol. Seuls les oiseaux, les chauves-souris et les ptérosauriens ont découvert le vol. Et cela bien plus tard que les insectes apparus bien avant eux.

L’homéothermie a probablement conditionné le vol, cela grâce à l’apparition d’un revêtement protecteur (poils ou plumes) et d’une circulation plus efficace

L’acquisition d’ailes membraneuses a eu lieu en premier, d’où l’ancienneté des ptérosauriens et probablement aussi celle des chauves-souris.

L’apparition tardive des oiseaux vient de ce que leurs plumes ont une origine non liée au vol, mais ont été récupérées par celui-ci. Le rôle multiple des plumes et leur renouvellement assure aux oiseaux une supériorité incontestable, d’autant plus que leur organisme s’est dans son ensemble adapté au vol.

L’augmentation du poids qui apparaît dans un souci de défense dans diverses lignées, a entraîné l’élimination des individus de grande taille ou leur orientation vers la course bipède (dinosaures à plumes).

Le plus ancien mammifère volant connu est Volaticotherium antiquus ?.

Fientes des oiseaux

De nombreux oiseaux bombardent de leur fiente les menaces potentielles, rapaces nocturnes surpris par le jour et posés trop près de leur progéniture, promeneurs s'approchant involontairement d'un nid caché dans l'herbe etc... En fait, les oiseaux apeurés s'envolent en fientant. Il est probable qu'il s'agit là d'une adaptation destinée à les alléger plutôt que d'un bombardement dirigé contre l'agresseur, celui-ci n'est pas visé.

Vol animal

Mammifères

Vol actif :

Les chauve-souris

Vol plané :

Les écureuils volants, regroupant la famille des Anomaluridae et la sous-famille de la famille des Sciuridae : les Pteromyinae
L'ordre Dermoptera, proche des primates et des glires
Les marsupiaux du genre Petaurus

Reptiles

Reconstitution d'un Quetzalcoatlus en vol.

Plusieurs espèces de reptiles éteints de l'ordre Pterosauria disposaient de la capacité de vol actif^[6]. On peut citer notamment le ptérodactyle, le ptéranodon ou encore le dimorphodon. L'envergure de certaines espèces (Quetzalcoatlus) laisse penser qu'ils ne pratiquaient que le vol plané.

Aujourd'hui, plusieurs reptiles disposent de capacités de vol plané :

Le gecko volant de Kuhl (Ptychozoon kuhli) ;
Lézard du genre Draco, Draco cornutus ou Draco volans ;
Les serpents du genre Chrysopelea.

Amphibiens

Les cinq espèces de grenouille volante ;

Notes et références

↑ Foth, C., Tischlinger, H., & Rauhut, O. W. (2014). New specimen of Archaeopteryx provides insights into the evolution of pennaceous feathers. Nature, 511(7507), 79-82.
↑ Ostrom, J. H. (1974). Archaeopteryx and the origin of flight. Quarterly Review of Biology, 27-47.
↑ Norberg, U. L. (2007). Evolution of flight in animals. Flow Phenomena in Nature: A challenge to engineering design, 1, 36.
↑ Alonso, P. D., Milner, A. C., Ketcham, R. A., Cookson, M. J., & Rowe, T. B. (2004). The avian nature of the brain and inner ear of Archaeopteryx. Nature, 430(7000), 666-669.
↑ « La migration : méthodes de vol actives », sur ornithomedia.com
↑ NB : Les reptiles préhistoriques volants ou marins ne sont pas des dinosaures.

Voir aussi

Liens externes

Oiseaux, vol des sur l'Encyclopédie canadienne
(en) Description générale des principes du vol des oiseaux
(en) Site consacré au vol animal

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