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Le secret de la solidité des ailes d’insecte réside... dans les veines

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Les ailes d'insecte, des structures particulièrement solides, subissent des millions de contraintes mécaniques durant leur vie. Comment font-elles pour ne pas se briser entièrement quand apparaissent des petites déchirures, inévitables ? Leur secret : la présence de veines, du moins chez le criquet pèlerin. La preuve en vidéo.

Schistocerca gregaria est considéré comme un criquet ravageur en Afrique. Au-delà d'un certain seuil de population, ces insectes d'habitude solitaires peuvent se regrouper et former des essaims de plusieurs millions d'individus ravageant toutes les cultures sur leur passage (65.000 km² impactés en 2003). Chacun d'eux (6 à 9 cm à l'âge adulte) mange une fois son poids (environ 2 g) dans la journée. © IIta-media-library, Flickr, CC by-nc 2.0

Certains insectes peuvent survivre durant plusieurs mois et parcourir des milliers de kilomètres grâce aux deux paires d'ailes portées sur leur thorax. La solidité de ces structures ne fait donc aucun doute. Pourtant, elles subissent constamment de nombreuses contraintes mécaniques (tensions, flexions, déformations, etc.). Elles peuvent pourtant être victimes de déchirures mais qui ne semblent pas se propager facilement. Intrigués, Jan-Henning Dirks et David Taylor du Trinity College de Dublin (TCD) ont souhaité comprendre le secret de la résistance de ces ailes. Leur étude vient d'être publiée dans Plos One.

Le criquet pèlerin Schistocerca gregaria, un insecte migrateur pouvant parcourir des milliers de kilomètres, a servi de modèle. Mais comment analyser la résistance à la déchirure de ses ailes ? S'inspirant de tests réalisés dans l'aéronautique, notamment pour étudier le point de rupture des voilures d'avions de toutes tailles, les scientifiques ont eu recours à une machine de traction. Des ailes postérieures de criquets ont donc été étirées latéralement avec une force croissante, mais connue et sous l'œil d'une caméra, jusqu'à leur rupture totale. 


Des ailes de criquet pèlerin ont été étirées dans une machine à traction. Les veines semblent jouer un rôle primordial pour limiter au maximum la propagation d'éventuelles déchirures. © Dirks et Taylor 2012, Pnas

Les ailes se composent d'une membrane riche en protéines entrelacées (épaisseur de 1,7 à 3,7 µm) et d'un réseau de veines (diamètre de 100 à 150 µm à proximité du corps). Les membranes sont apparues comme peu résistantes à la propagation de déchirures (résistance à la fracture de 1,04 ± 0,25 mégapascal racine carrée de mètre, MPa√m). En revanche, les veines agissent comme de véritables retardateurs en ralentissant, voire en stoppant la propagation des fissures induites par les expérimentateurs. La solidité des ailes tend en effet à augmenter de 50 % (1, 57 ± 0,38 MPa√m) lorsque les fissures arrivent au niveau d'un vaisseau sanguin. Ce résultat expliquerait pourquoi le bord extérieur des structures alaires se compose chez les insectes de petites cellules (espaces délimités par les veines). Non seulement leur présence rigidifie l'aile, mais elles bloquent aussi rapidement toute extension d'une déchirure périphérique éventuelle.