A12 Turbulences et perte de contrôle

Topique

L'insecte en vol traverse constamment une atmosphère non uniforme : les turbulences environnementales imposent des perturbations de vitesse qui varient de façon imprévisible d'un instant à l'autre. Ces perturbations génèrent à leur tour des variations rapides de portance, de traînée et de quantité de mouvement qui s'exercent sur l'insecte en vol.

Pour quantifier l'intensité de ces perturbations, l'amplitude des fluctuations de vitesse est comparée à la vitesse du flux moyen dans lequel l'insecte vole : plus cette amplitude relative est grande, plus l'intensité des turbulences auxquelles l'insecte est confronté est forte, et plus les variations de portance, de traînée et de quantité de mouvement décrites précédemment sont abruptes.

À l'intérieur de l'insecte, c'est l'aile qui réagit directement à chaque rafale : lorsqu'une rafale verticale se produit sur l'aile, la portance qu'elle génère n'atteint pas instantanément sa nouvelle valeur, mais augmente progressivement, avec un délai proportionnel à la corde de l'aile divisée par la vitesse de vol de l'insecte. Cette réponse progressive de l'aile signifie qu'une brève rafale ne perturbe que partiellement la portance avant que la perturbation elle-même ne disparaisse. L'énergie des turbulences ambiantes n'est pas répartie uniformément sur toutes les fréquences : sa concentration varie selon la fréquence de la perturbation, ce qui nous permet de déterminer si ces fréquences sont proches de la fréquence de battement des ailes de l'insecte. Lorsque la fréquence des turbulences correspond à celle du battement des ailes, la perturbation a plus de chances de perturber le cycle de vol que l'insecte est en train de maintenir.

Cette correspondance de fréquence n'affecte pas tous les insectes de la même manière : les petits insectes sont plus vulnérables aux turbulences de haute fréquence car l'échelle spatiale de ces rafales est comparable à leur taille, tandis que les rafales de grande échelle – bien plus grandes que l'insecte – finissent par déplacer et perturber l'insecte entier, plutôt que d'affecter une aile individuellement.

Face à toutes ces perturbations, le système neuromusculaire de l'insecte s'active pour les compenser et maintenir un vol stable. Cependant, cette réactivité a ses limites : la limite de stabilité définit l'intensité maximale de turbulence que le système neuromusculaire peut compenser dans sa gamme de fréquences de réaction. Lorsque la turbulence ambiante dépasse cette limite, le système neuromusculaire ne peut plus corriger le vol de l'insecte à temps, et ce dernier perd la stabilité qu'il avait maintenue jusque-là.

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