Les écailles microscopiques donnent de l'élan aux « fleurs volantes » de la nature.

Introduction

L'orange vif, les bleus irisés, les noirs profonds et d'autres couleurs étonnantes présentées sur les ailes des fleurs volantes de la nature - les papillons - sont dus à la façon dont les centaines de milliers d'écailles microscopiques qui recouvrent les ailes réfléchissent la lumière. Mais il s'avère que ce n'est pas le seul avantage de ces structures en forme de bardeaux. La configuration des écailles contribue également à l'efficacité du vol lorsque le papillon danse et plonge dans les airs.

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La stratégie

Chez les animaux comme chez les objets inanimés, quatre forces rendent le vol possible : la portance, le poids, la poussée et la traînée. Lorsque tout s'équilibre, l'objet reste dans une position dans les airs, comme un colibri ou un hélicoptère. Si un ou plusieurs sont plus forts que les autres, l'objet se déplace vers le haut, vers le bas, vers l'avant ou vers l'arrière.

La surface de l'aile d'un papillon est recouverte de centaines de milliers d'écailles superposées, disposées comme des bardeaux sur un toit. La taille, la forme et l'orientation des écailles modifient la taille relative des quatre forces de vol en affectant la façon dont l'air circule sur les ailes du papillon et la formation de tourbillons (tourbillons d'air).

Des observations naturelles et des expériences ont montré qu'avec moins d'écailles, les papillons ne battent pas leurs ailes aussi complètement et qu'ils ont plus de mal à voler vers le haut. Bien que les détails ne soient pas encore bien définis ou décrits, il est clair que les écailles aident le papillon à voler en fournissant une portance.

Les motifs organisés de bosses créées par les écailles de poisson sont connus pour réduire la traînée essentiellement en peignant le faire passer l'eau en couches lisses et ordonnées. Les écailles de papillon peuvent produire un effet similaire. Ils peuvent également modifier la formation de tourbillons dans certaines parties de l'aile. Par exemple, les bosses créées par le chevauchement des écailles à l'avant des ailes pourraient ralentir la formation de tourbillons à cet endroit et réduire la quantité d'énergie nécessaire à la formation des tourbillons. Étant donné que les tourbillons créent une traînée lorsqu'ils tournent hors de la surface, cela réduirait la traînée et donc augmenterait la portance et la poussée.

Close-up of butterfly wing
Image: Moi, MichaD / Wikimedia Commons / CC BY SA - Attribution Creative Commons + Partage dans les mêmes conditions

Une vue rapprochée montre comment les écailles sont disposées le long de la surface de l'aile d'un papillon.

Butterfly wing scales
Image: Disque secret / Wikimedia Commons / CC BY SA - Attribution Creative Commons + Partage dans les mêmes conditions

La texture créée par les minuscules écailles qui recouvrent l'aile d'un papillon affecte le flux d'air et améliore ainsi la capacité de voler.

Le potentiel

En étudiant comment diverses configurations d'écailles d'ailes de papillon affectent le vol, les concepteurs peuvent avoir des idées sur la façon d'améliorer l'efficacité et la polyvalence du vol d'avions conventionnels, de parachutes, de cerfs-volants, de drones et d'autres objets voyageant dans les airs. Ils pourraient également éclairer la conception d'éoliennes plus efficaces et réduire les matériaux nécessaires à la stabilité structurelle des immeubles de grande hauteur. La micro-géométrie des écailles des ailes peut fournir des informations précieuses pour la conception de machines volantes innovantes qui intègrent le battement dans leur fonctionnement et des voitures, trains et autres véhicules terrestres. Ils peuvent également fournir des informations sur l'amélioration de l'efficacité des cargos et autres véhicules qui se déplacent sur l'eau ou sur d'autres supports.

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Dernière mise à jour le 9 mai 2022