Comme un instrument merveilleusement accordé : 2000 microphones utilisés pour percer le mystère du bourdonnement des colibris

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Colibri d’Anna/Becky Matsubara, licence CC

Le colibri doit son nom au bourdonnement agréable qu’il émet lorsqu’il plane devant les fleurs pour se nourrir. Mais ce n’est que maintenant que l’on sait comment l’aile génère le son homonyme du colibri lorsqu’elle bat rapidement à 40 battements par seconde.

Des chercheurs de l’Université de technologie d’Eindhoven, de l’Université de Stanford et de Sorama ont méticuleusement observé les colibris à l’aide de 12 caméras à haute vitesse, de six plaques de pression et de 2 176 microphones. L’équipe d’ingénieurs a réussi à mesurer pour la première fois l’origine précise du son généré par le battement des ailes d’un animal volant.

Ils ont découvert que les ailes en plumes souples et complexes des colibris génèrent des sons d’une manière similaire à celle des ailes plus simples des insectes. Ces nouvelles connaissances pourraient contribuer à rendre plus silencieux des appareils tels que les ventilateurs et les drones.

Le bourdonnement du colibri provient de la différence de pression entre le dessus et le dessous des ailes, dont l’ampleur et l’orientation changent lorsque les ailes battent d’avant en arrière. Ces différences de pression sur l’aile sont essentielles, car elles fournissent la force aérodynamique nette qui permet au colibri de décoller et de faire du surplace.

Contrairement à d’autres espèces d’oiseaux, l’aile du colibri génère une forte force aérodynamique ascendante à la fois lors de la course de l’aile vers le bas et vers le haut, donc deux fois par battement d’aile. Alors que les deux différences de pression dues à la force de portance et de traînée agissant sur l’aile y contribuent, il s’avère que la différence de pression ascendante est la source principale du bourdonnement.

La différence entre le gémissement, le bourdonnement et le wooshing.

Le professeur David Lentink de l’université de Stanford a déclaré : « C’est la raison pour laquelle les oiseaux et les insectes émettent des sons différents. Les moustiques gémissent, les abeilles bourdonnent, les colibris fredonnent et les plus gros oiseaux  » woosh « . La plupart des oiseaux sont relativement silencieux, car ils ne génèrent la majeure partie de la portance qu’une seule fois au cours du battement d’aile, lors de la course descendante. Les colibris et les insectes sont plus bruyants car ils le font deux fois par battement d’aile. »

Pour arriver à leur modèle, les scientifiques ont examiné six colibris d’Anna, l’espèce la plus commune autour de Stanford.

Un par un, ils ont fait boire aux oiseaux de l’eau sucrée provenant d’une fausse fleur dans une chambre de vol spéciale. Autour de la chambre, non visible pour l’oiseau, des caméras, des microphones et des capteurs de pression ont été installés pour enregistrer avec précision chaque battement d’aile pendant le vol stationnaire devant la fleur.

Au cours d’une expérience de suivi, six plaques de pression hautement sensibles ont finalement réussi à enregistrer les forces de portance et de traînée générées par les ailes lorsqu’elles montent et descendent, une première.

Les chercheurs ont finalement réussi à condenser tous leurs résultats dans un modèle acoustique 3D simple, emprunté au monde des avions et adapté mathématiquement aux ailes battantes. Ce modèle permet de prédire le son que les ailes battantes émettent, non seulement le bourdonnement du colibri, mais aussi le woosh d’autres oiseaux et chauves-souris, le bourdonnement et le gémissement des insectes, et même le bruit que génèrent les robots aux ailes battantes.

Rendre les drones plus silencieux ?

Bien que ce ne soit pas l’objet de cette étude – publiée en mars dans la revue eLife – les connaissances acquises peuvent également contribuer à améliorer les rotors des avions et des drones, ainsi que les ventilateurs des ordinateurs portables et des aspirateurs. Les nouvelles connaissances et les nouveaux outils peuvent contribuer à rendre plus silencieux les dispositifs techniques qui génèrent des forces complexes comme le font les animaux.

C’est exactement ce que Sorama cherche à faire : « Nous rendons le son visible afin de rendre les appareils plus silencieux. La pollution sonore devient un problème de plus en plus important. Et un décibelmètre ne suffit pas à le résoudre. Il faut savoir d’où vient le son et comment il est produit, afin de pouvoir l’éliminer. C’est à cela que servent nos caméras sonores. Cette recherche sur les ailes de colibri nous donne un modèle complètement nouveau et très précis comme point de départ, afin que nous puissions faire notre travail encore mieux « , conclut le PDG et chercheur Rick Scholte de Sorama, une spin-off de l’Université de technologie d’Eindhoven.

Si les mouvements des colibris peuvent nous donner une technologie plus silencieuse à l’avenir ? Eh bien, nous sommes tout à fait prêts à le faire.

(Regardez la vidéo des chercheurs qui explique comment les colibris fredonnent)

Source : Université de technologie d’Eindhoven

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