Plusieurs formes de plumes fonctionnent ensemble pour emprisonner l’air afin de retenir la chaleur en formant une couche continue autour du corps.
Introduction
Manchots empereurs (Aptenodytes forsteri) sont des survivants remarquables de l'environnement hostile de l'Antarctique. Ils supportent des températures de l'air aussi basses que −40 °C et des eaux glacées qui oscillent autour de −1.8 °C. Ces oiseaux comptent sur leur plumage dense et spécialisé pour maintenir leur température corporelle centrale à 38 °C. Contrairement à de nombreux autres oiseaux, leurs plumes leur fournissent non seulement une isolation, mais s'adaptent également pour soutenir leur mode de vie aquatique. Des études récentes révèlent des informations fascinantes sur la structure et la fonction des plumes des manchots empereurs, remettant en question les hypothèses antérieures sur leur composition et leur densité.
La stratégie
Le plumage des manchots empereurs est composé de quatre principaux types de plumes : les plumes de contour, les plumes postérieures, les plumules et les filoplumes. Ensemble, elles créent un système d'isolation très efficace qui emprisonne l'air et minimise les pertes de chaleur dans des conditions extrêmes.
- Plumes de contour : Ces plumes rigides et superposées forment la couche extérieure imperméable. Elles protègent les plumes duveteuses et la peau sous-jacentes du vent et de l'eau. Chaque plume de contour est équipée d'une plume arrière attachée, contribuant à l'isolation globale. Les parties supérieures des ailettes des plumes de contour chevauchent les plumes voisines à plat comme des tuiles, créant ainsi une barrière sans couture contre le vent et l'eau.
- Plumes postérieures et plumules : Les plumes duveteuses, jusqu'alors négligées, jouent un rôle important dans l'isolation. Alors que les plumes postérieures sont attachées aux plumes de contour, les plumes sont indépendantes et se fixent directement sur la peau. Les plumes postérieures sont quatre fois plus denses que les plumes postérieures et forment un épais tapis sous les plumes de contour. Cette sous-couche dense emprisonne l'air, créant ainsi une barrière isolante contre le froid. La couche isolante plus profonde est constituée de plumes postérieures constituées de composants de plus en plus petits. Ces composants forment un réseau ordonné qui crée des espaces d'air emprisonnés, optimisant l'isolation.
- Filoplumes : Ces minuscules plumes ressemblant à des poils, autrefois considérées comme absentes chez les manchots, sont présentes à la base des plumes de contour. On pense que les filoplumes agissent comme des structures sensorielles, alertant l'oiseau du déplacement des plumes et l'encourageant à se lisser, les remettant en ordre. Ce comportement maintient la disposition lisse et uniforme des plumes, ce qui est essentiel pour l'isolation et la rationalisation pendant les plongées.
Les manchots ont la particularité de ne pas disposer leurs plumes en bandes, comme chez d'autres oiseaux, mais de les disposer uniformément sur toute leur surface. Les plumes de contour sont courtes et rigides par rapport à celles des autres oiseaux, et possèdent à la fois une région externe « pennée » également appelée girouette, et une région interne duveteuse appelée rémige. Les tiges des plumes sont attachées à des muscles qui peuvent les tirer vers le bas dans une barrière comprimée et étanche lorsqu'ils sont sous l'eau, puis les redresser lorsque le manchot revient sur terre.
La structure complexe des plumes des manchots est illustrée par des études sur les manchots papous. Chaque plume comporte environ 47 barbillons, et chaque barbillon compte environ 1,250 60 barbules émergeant à un angle de 80 à XNUMX degrés de la branche centrale (ou tige) dans une disposition en spirale. Chaque barbule est équipée de minuscules extensions, appelées cils, qui se fixent aux barbules voisines à l'aide d'un mécanisme de « glissement-collage ». Ce mécanisme garantit que les barbules ne se déplacent que dans une seule direction les unes par rapport aux autres, créant ainsi une disposition uniforme des barbules et une division cohérente des espaces d'air au sein de la couche isolante. Après compression sous l'eau, l'énergie élastique stockée dans les barbules interagit avec ce mécanisme de glissement-collage pour rétablir un espacement optimal pour l'isolation.
Le potentiel
Le système d'isolation efficace des manchots empereurs a inspiré des applications biomimétiques dans divers domaines. La conception de leurs plumes constitue un modèle d'isolation dynamique, offrant une excellente protection thermique dans l'air et dans l'eau tout en reprenant automatiquement leur volume après compression. Cette caractéristique d'auto-organisation intelligente pourrait inspirer des matériaux isolants avancés pour les vêtements, la construction de bâtiments et les équipements de plein air. La disposition uniforme des barbules et la capacité à restaurer le volume après compression offrent des perspectives pour créer une isolation durable et performante.
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