La capacité de voler a toujours fasciné l’humain. Il est facile de s’imaginer des gens observant les oiseaux et rêvant de liberté. On peut penser à la légende d’Icare, qui vola trop près du soleil avec des ailes faites de cire et de plumes, à Léonard de Vinci qui dessinait des machines volantes au 16e siècle ou encore aux frères Wright qui, au début des années 1900, ont fait les premiers vols motorisés contrôlés. Aujourd’hui, nous maîtrisons mieux les concepts aéronautiques nous permettant d’effectuer des vols de longues durées, certains durant plus de quinze heures. Bien que l’oiseau soit le premier animal auquel on pense quand on parle de vol, il n’est pas le seul avec cette capacité.
C’est au Carbonifère, il y a environ 350 millions d’années, et peut-être même avant, que les insectes volants sont apparus. Ces sont les premiers animaux à prendre leur envol et les seuls invertébrés à avoir cette capacité. Cette évolution a permis aux insectes de coloniser tous les continents et de se propager dans tous les milieux. Les ailes des insectes ont évolué différemment des ailes des oiseaux. Elles sont formées d’excroissances de l’exosquelette du thorax et sont composées de cuticule, un mélange de protéines et de chitine. Une majorité d’espèces d’insectes possèdent deux paires d’ailes une fois adultes. Certains insectes n’ont qu’une paire d’ailes, comme les mouches, certains en ont qu’à un moment de leur vie, comme les fourmis, et certains n’en ont pas du tout, comme les poissons d’argent. Les ailes peuvent être minces et membraneuses, épaisses et cornées, semblables à du parchemin, couvertes de poils ou d’écailles. C’est d’ailleurs les caractéristiques des ailes qui donnent le nom de l’ordre, du moins dans plusieurs cas. Beaucoup de noms d’ordre finissent par -ptère, qui vient de l’ancien grec et signifie aile. Le préfixe est généralement en lien avec une caractéristique. Par exemple, les mouches, dans l’ordre des Diptères, ont deux ailes (di-, deux), les Trichoptères ont des ailes poilues (tricho-, poil), les Lépidoptères, les papillons, ont les ailes couvertes d’écailles (lepido-, écailles), les Coléoptères, comme les scarabées et les coccinelles, ont une paire d’ailes rigides (coleo-, fourreau) et les Hyménoptères, les abeilles et les guêpes, ont des ailes membraneuses (hymeno-, membrane). Tous les insectes ailés ne les utilisent pas pour le vol. Par contre, ceux qui le font ont des capacités impressionnantes, comme le vol stationnaire et à reculons.
Le plus vieux fossile de mammifère volant date d’environ 50 millions d’années. Il s’agit d’une chauve-souris, le seul mammifère capable de voler. Les écureuils volants, polatouche de leur vrai nom, peuvent planer grâce à la membrane reliant ses membres, le patagium, mais ne peuvent voler. Les détails de l’évolution du vol chez les mammifères ne sont pas encore bien compris, mais une hypothèse prétend que les chauves-souris auraient évolué d’un ancêtre planeur, afin d’étendre leur portée et leur manœuvrabilité pour trouver de la nourriture et échapper aux prédateurs. N’ayant pas de plumes, c’est une fine membrane reliant les pattes avant et arrière qui permet aux chauves-souris de voler, de façon bien différente des oiseaux. Les ailes sont positionnées vers l’arrière et verticalement lors du vol ascendant, pour éviter de nuire au mouvement. Chaque aile peut aussi agir indépendamment de l’autre, ce qui permet à la chauve-souris de changer brusquement de direction.
L’Archaeopteryx est connu comme l’un des premiers oiseaux, les fossiles datant d’environ 150 millions d’années. Il est le lien entre les oiseaux modernes et leurs ancêtres dinosaures, puisqu’il a des caractéristiques des reptiles comme des dents, une longue queue et trois griffes sur les ailes, mais il possède des plumes et une furcula (l’os du bonheur), caractéristiques des oiseaux modernes. Les plumes primitives observées chez les dinosaures auraient servi à mieux contrôler les sauts en bas des arbres et n’auraient pas été utilisées pour le vol, n’y étant pas adaptées.
Tous les oiseaux modernes ont des membres antérieurs modifiés en ailes, qu’ils soient utilisés pour le vol ou non. La caractéristique unique aux oiseaux est la plume, c’est le seul animal qui en possède. Les plumes sont produites par la partie externe de la peau, l’ectoderme, et sont composées de kératine, comme les poils, les écailles et les ongles. Il existe une variété de formes et de couleurs dans les plumes, adaptées au besoin de chaque oiseau. Elles servent, entre autres, à protéger l’oiseau de l’eau et du froid, à voler (pour les oiseaux qui en sont capables) et à communiquer. Les plumes ne sont pas la seule adaptation permettant le vol. C’est l’ensemble de l’anatomie de l’oiseau, de son ossature légère à ses muscles pectoraux représentant près de 15% de sa masse totale, qui lui permet de prendre son envol. Les plumes des oiseaux sont légères, mais offrent dureté et résistance à la traction. Une fois complètement poussée, la plume est une structure morte, comme un poil de mammifère. D’ailleurs, les oiseaux muent au moins un fois par année, question de renouveler le plumage. L’entretien des plumes est d’une grande importance chez les oiseaux. Ils utilisent leur bec pour lisser les plumes et s’assurer que les barbes, les filaments des plumes, soient toutes bien accrochées les uns aux autres afin de garantir la cohésion de ceux-ci, très importante pour le vol.
Avec plus de 10 400 espèces d’oiseaux, près de 1 400 espèces de chauves-souris et 1,3 million d’insectes, la variété de techniques de vol est infinie. C’est pourquoi les chercheurs étudient ces différents animaux afin de s’inspirer pour développer des technologies plus efficaces, entre autres dans le transport. La nature fait si bien les choses, qu’il est nécessaire pour nous de s’en inspirer.
Auteure : Stéphanie Bentz, biologiste responsable de l’éducation
Sources :
Hickman, Cleveland…[et al.]. Integrated principles of zoology. 14th edition. New York : McGrw-Hill, 2008. Imprimé.
Frank B Gill. Ornithology. 3rd edition. New York : W.H. Freeman and Company, 2007. Imprimé.
UCMP Berkeley. Aves : Fossil record. https://ucmp.berkeley.edu/diapsids/birds/birdfr.html (Page consultée le 3 avril 2019)
UCMP Berkeley. Chiroptera : Fossil record. https://ucmp.berkeley.edu/mammal/eutheria/chirofr.html (Page consultée le 3 avril 2019)