D4 Accélérométrie

Topique

Un accéléromètre triaxial miniaturisé, fixé sur le dos ou la queue de l'oiseau, permet aux chercheurs de reconstituer la cinématique du battement d'ailes sans l'observer directement ni le transporter en laboratoire. Cet accéléromètre est la méthode de référence pour étudier la cinématique du battement d'ailes en conditions naturelles, lorsque l'oiseau vole librement dans son environnement.

L'axe dorsoventral de cet accéléromètre enregistre l'accélération corporelle de l'oiseau à chaque battement d'ailes, générant un signal dont l'amplitude varie au rythme de chaque battement. La transformée de Fourier appliquée à ce signal permet d'obtenir la fréquence du battement d'ailes avec une grande précision. La mesure de l'amplitude du signal permet d'estimer l'angle de battement, c'est-à-dire l'amplitude angulaire du mouvement des ailes à chaque cycle.

À partir de la fréquence et de l'angle de battement fournis par ce signal, le nombre de Strouhal est calculé. Ce paramètre compare la fréquence et l'amplitude de chaque cycle de battement à la vitesse de déplacement de l'oiseau et indique si le battement est encore propulsif. Ce nombre de Strouhal, calculé à partir du signal de l'accéléromètre triaxial miniaturisé, constitue, en pratique, un diagnostic fonctionnel direct de l'efficacité propulsive de l'oiseau, obtenu sans qu'il soit nécessaire de l'observer en vol.

Cette méthode est sensible à deux anomalies distinctes, chacune laissant une empreinte spécifique sur le signal de l'accéléromètre triaxial miniaturisé. La première est une lésion musculaire : lorsque le muscle pectoral de l'oiseau est endommagé, la fréquence et l'angle de battement des ailes diminuent par rapport aux valeurs observées chez un individu sain, et le nombre de Strouhal calculé à partir de ces valeurs réduites se situe en dehors de la plage optimale, caractéristique d'un battement des ailes propulsif et efficace.

La seconde anomalie est un trouble neuromusculaire : dans ce cas, la fréquence et l'angle de battement peuvent rester en moyenne dans les plages normales, mais une asymétrie apparaît dans la durée de chaque demi-cycle, de sorte que l'oiseau met un temps différent pour effectuer les phases ascendante et descendante de chaque cycle. Cette asymétrie dans la durée des demi-cycles constitue la signature laissée sur le signal de l'accéléromètre triaxial miniaturisé par un système nerveux dont les battements ne sont plus coordonnés avec la même précision temporelle qu'un système nerveux sain.

Ces deux signatures distinctes du signal – la diminution combinée de la fréquence, de l'angle et du nombre de Strouhal des battements, d'une part, et l'asymétrie dans la durée des demi-cycles, d'autre part – nous permettent de déterminer, à l'aide d'un seul accéléromètre triaxial miniaturisé, si un oiseau présentant un battement d'ailes anormal souffre de lésions musculaires ou de troubles neuromusculaires. Le même signal, issu de l'accéléromètre triaxial miniaturisé et comparé à des seuils prédéfinis, permet également la classification automatique du mode de vol de l'oiseau à un instant donné, application directe de cette méthode accélérométrique.

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