[News] Y-a-t-il un pilote dans l'oiseau ?

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Isabelle
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[News] Y-a-t-il un pilote dans l'oiseau ?

Message par Isabelle » 12/10/2019 - 14:00:27


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Lorsque les goélands volent vers l'avant, la mer balaie leur champ visuel d'avant en arrière. Ce "flux optique" leur fournit des informations cruciales sur la vitesse et la hauteur. La perception de ce flux optique serait-elle impliquée dans une sorte de «pilote automatique» ? C'est ce que vient de démontrer une équipe européenne qui a développé un modèle mathématique de contrôle d’altitude appelé «régulateur de flux optique». En effet, ce modèle prédit l’altitude de vol des goélands. Leurs travaux sont publiés dans la revue Royal Society Interface.

Au milieu des années 2000, le « régulateur de flux optique » avait été mis en évidence chez les insectes ailés. Cette fois, c’est chez l’oiseau que ce même mécanisme de pilotage vient d’être démontré. Pour cela, les chercheurs ont développé un modèle mathématique particulier guidant le vol pour les goélands, puis ont comparé ce modèle aux données de suivi télémétrique (positions GPS en 3D) de plusieurs goélands volant au-dessus de la mer Baltique.

On sait aujourd’hui que les prouesses en vol des oiseaux reposent en partie sur leur capacité à percevoir le flux optique provenant du sol ou de la mer: chez l’oiseau, il existe des neurones spécialisés dans la vision du mouvement. Ainsi, lorsqu'un oiseau vole au-dessus de la mer, l'image de la mer défile d'avant en arrière dans la partie ventrale de son champ visuel, créant ainsi un « flux optique ». Ce défilement optique est égal au quotient de la vitesse horizontale et de l'altitude. Ce que les auteurs appellent un « régulateur de flux optique » est un contrôleur d’altitude qui va maintenir à une valeur constante ce flux optique, donc le quotient vitesse/altitude. Si l’oiseau vient à changer de vitesse, le contrôleur de vol en question agira automatiquement sur sa force de sustentation, ici les battements d’ailes, pour changer d'altitude de manière à maintenir constant le quotient entre ces deux grandeurs. Un animal ajustant son altitude sur la base de ce quotient vitesse/altitude n'a besoin de mesurer ni sa vitesse ni son altitude.

A la base de ces comportements étonnants se trouvent, cachés dans la tête de l’oiseau, des neurones sensibles à des mouvements spécifiques qui sont de véritables capteurs de flux optique. L'équipe européenne (Suède, Pays-bas, Royaume-Uni, France) suggère que les neurones LM (pretectal nucleus lentiformis mesencephali) présents chez les oiseaux, ceux même dédiés à la détection du mouvement, sont sans doute les neurones impliqués.

Lorsqu’un goéland décolle en mer pour revenir à son nid, le goéland bat des ailes: ceci augmente sa vitesse d’avance. Son régulateur de flux optique le mènera à une augmentation de sa force de portance (sustentation), pour maintenir son flux optique à la valeur de référence jusqu’à ce que l’oiseau atteigne sa vitesse de croisière, valeur lui permettant de maximiser l’efficacité énergétique de son vol.

Les auteurs ont également observé statistiquement que plus le vent était favorable (venant de l’arrière), plus les oiseaux augmentaient leur altitude, et réciproquement, ce qui s’explique également par un pilote automatique basé sur un « régulateur de flux optique ». Le contrôleur de vol proposé, pourtant fort simple, permet de rendre compte de 50 ans d'observations en ornithologie, souvent surprenantes et conduites (par exemple au radar) dans les années 60. Il permet d'expliquer le fait que les oiseaux effectuant un vol directionnel (une migration, ou un retour au nid) volent à basse altitude par vent de face et s'élèvent par vent arrière.

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Figure: a) Un goéland volant au-dessus de la mer génère un champ vectoriel de flux optique. Un tel champ vectoriel est perçu par un goéland en fonction des contrastes créés notamment par les crêtes des vagues.
b) L'amplitude du vecteur de flux optique est déterminée par la vitesse d’avance du goéland et son altitude. Si le flux optique est maintenu constant en ajustant l'altitude, l’altitude aura toujours tendance (à travers la dynamique de l'oiseau) à être proportionnel à la vitesse d’avance (seule une combinaison linéaire - ligne pointillée rouge - entre l’altitude et la vitesse d’avance est asymptotiquement possible).
c) Amplitude du flux optique dans le champ de vision ventral de l’oiseau à une hauteur de 10m: l'amplitude du flux optique ventral est maximale à l’aplomb.
© Franck RUFFIER
Pour en savoir plus:
Optic flow cues help explain altitude control over sea in freely flying gulls
Serres JR, Evans TJ, Åkesson S, Duriez O, Shamoun-Baranes J, Ruffier F, Hedenström A.
J. R. Soc. Interface 09 October 2019 . doi.org/10.1098/rsif.2019.0486

Contact chercheur:
Franck Ruffier - Chercheur CNRS à l'Institut des sciences du mouvement - Etienne-Jules Marey (ISM) - CNRS / Université d'Aix-Marseille
franck.ruffier at univ-amu.fr

Source: CNRS INSB

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