Un vol vallonné économise l’énergie des monarques

Les papillons monarques

Crédits: CC0 Public Domain

Dans une découverte qui pourrait bénéficier à la conception de drones, une recherche primée par un étudiant au doctorat à l’Université de l’Alabama à Huntsville (UAH) montre que les trajectoires de vol ondulantes des papillons monarques sont en fait plus économes en énergie qu’une trajectoire en ligne droite.

Le document de Madhu Sridhar a remporté le concours de communication des étudiants diplômés en mécanique de vol atmosphérique AIAA 2019 et il a été récompensé lors du forum SciaTech 2020 de l’AIAA qui s’est tenu récemment à Orlando, en Floride. Le forum Scitech AIAA est la plus grande conférence aérospatiale annuelle et se concentre sur communauté aérospatiale. Le 2020 AIAA SciTech Forum comprenait plus de 2500 présentations techniques avec plus de 5000 participants.

Sridhar a modélisé et analysé la consommation d’énergie des papillons monarques tout en travaillant au laboratoire de mesure optique de suivi autonome (ATOM) de l’UAH sous la direction du Dr Chang-kwon Kang, professeur agrégé au Département de génie mécanique et aérospatial, et du Dr Brian Landrum, associé professeur et président associé du Département de génie mécanique et aérospatial. La recherche a été financée par la National Science Foundation.

La découverte qu’une trajectoire de vol ondulée consomme moins d’énergie peut être précieuse dans la conception bio-inspirée des drones miniatures robotiques à longue portée.

“L’un des objectifs sous-jacents de notre étude est de développer un drone capable de voler aussi longtemps qu’un monarque en migration”, explique Sridhar. “La migration annuelle des papillons monarques est la plus longue parmi les insectes. Elle peut atteindre 3 000 kilomètres! Même les drones les plus modernes ne peuvent pas montrer ces longues distances.”

Les chercheurs ont utilisé un modèle de papillon analytique simplifié dans l’étude, en se concentrant sur l’interaction dynamique entre l’aérodynamique de l’aile et la dynamique du corps, explique Sridhar, originaire de Bangalore, en Inde.

“Ce document montre que ce modèle est assez bien en accord avec les données expérimentales”, dit-il. “Nous avons utilisé des caméras de suivi de mouvement pour enregistrer une série de trajectoires de vol et de mouvements des ailes et du corps de papillons monarques volant librement dans notre laboratoire ATOM.”

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“Cette étude montre que les mouvements coordonnés des ailes et du corps suivant une trajectoire cahoteuse nécessitent une puissance moindre pour une aile battante à l’échelle du monarque”, dit-il. “Pour les petits insectes, cet avantage de puissance diminue, ce qui explique probablement pourquoi ils volent sur une trajectoire rectiligne.”

Que les papillons utilisent un modèle de vol biologiquement prédéterminé ou simplement des ondulations aléatoires est l’une des nombreuses questions pour les recherches futures. Sridhar examine également la façon dont les papillons sélectionnent les altitudes de vol.

“Les monarques volent à différentes hauteurs depuis le sol le long de leur route de migration, ce que nous trouvons très intéressant”, dit-il. “Nous ne savons pas pourquoi ils choisissent de voler plus haut plutôt qu’au niveau du sol.”

À des altitudes plus élevées, la densité de l’air réduite peut bénéficier au vol du monarque, théorisent les scientifiques.

“Donc, pour tester cela, nous avons effectué des expériences avec des papillons monarques à l’intérieur de la grande chambre à vide de l’UAH Propulsion Research Center, où nous avons enregistré les vols à basse densité jusqu’à 4000 mètres d’altitude”, explique Sridhar. “Cela nous aide à observer comment leurs mouvements d’ailes et de corps changent à mesure que la densité de l’air diminue.”

De plus, les chercheurs utilisent des simulations informatiques pour étudier comment l’air de faible densité affecte la flexibilité des ailes de monarque.


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Plus d’information:
Madhu Sridhar et al. Effet bénéfique de la dynamique aile-corps couplée sur la consommation d’énergie des papillons, Forum AIAA Scitech 2019 (2019). DOI: 10.2514 / 6.2019-0566

Fourni par
                                                                                                    Université d’Alabama à Huntsville

Citation:
                                                 Les conceptions de drones découlent d’une étude sur les papillons: un vol ondulé économise l’énergie des monarques (2020, 14 février)
                                                 récupéré le 14 février 2020
                                                 sur https://techxplore.com/news/2020-02-drone-butterfly-undulating-flight-monarchs.html

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