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Comment nous avons soulevé le vol de l’évolution des oiseaux

17 décembre 2020, 6 :00AM / PAR Erin Malsbury
Des dizaines de millions d'années d'évolution des oiseaux ont guidé certains des éléments les plus importants du vol à propulsion humaine. ()
Des dizaines de millions d’années d’évolution des oiseaux ont guidé certains des éléments les plus importants du vol à propulsion humaine. ()

Le 17 décembre 1903, les frères Wright ont réalisé ce dont les humains rêvaient depuis les premiers jours de notre espèce : s’élever dans les airs. Pendant des millénaires, les visionnaires ont observé les oiseaux prendre leur envol et se sont demandé comment ils pourraient faire de même. Les notes et l’inspiration tirées du vol des oiseaux ont fait partie intégrante de l’aide apportée aux gens pour qu’ils atteignent finalement leur objectif, mais notre version du vol – ainsi que la façon dont nous y sommes arrivés – contraste fortement avec celle des oiseaux.

Alors que le vol humain est né d’une concentration intense sur un objectif singulier, le vol chez les oiseaux a évolué progressivement au cours de millions d’années sans direction. Le chemin vers les oiseaux modernes était plein de bifurcations, de virages et d’impasses.

Devenir des oiseaux de plume

Les paléontologues sont encore en train de résoudre l’énigme de l’apparition du vol, mais l’une des hypothèses les plus largement acceptées implique de petits dinosaures bipèdes qui utilisaient des mouvements de battement d’ailes en courant, semblables aux oisillons des oiseaux modernes.

« Pendant longtemps, l’hypothèse était que le vol plané était la première étape et le battement d’ailes la deuxième », a déclaré Matthew Carrano, conservateur de Dinosauria au Musée national d’histoire naturelle du Smithsonian. « Il semble clair maintenant que l’origine du vol chez les oiseaux n’a peut-être pas commencé par le vol plané, mais par beaucoup de battements d’ailes et de battements de paupières. »

Carrano a cité les travaux de Kenneth Dial au Flight Laboratory de l’Université du Montana. Il étudie la façon dont les jeunes oiseaux utilisent leurs ailes pour courir dans les arbres. « Vous pouvez imaginer une situation comme celle-là, où un comportement qui n’est pas vraiment du vol s’élabore en vol », a déclaré Carrano.

Les paléontologues estiment que les parents des oiseaux ont volé pour la première fois entre le milieu et la fin de la période jurassique, il y a environ 160 millions d’années. Ces voltigeurs étaient des proto oiseaux comme l’Archaeopteryx, quelque part entre les dinosaures et les oiseaux.

Un petit squelette de dinosaure en plâtre.
L’Archaeopteryx a brouillé la frontière entre les dinosaures et les oiseaux et était l’une des premières espèces de proto oiseaux connues à voler. Voici le moulage par le Smithsonian du spécimen d’Archaeopteryx qui a été découvert en Allemagne en 1875. Le spécimen original est maintenant exposé au Museum für Naturkunde. (Smithsonian)

« Les pièces anatomiques du vol apparaissent toutes avant que l’animal puisse voler, a déclaré Carrano. Les plumes, par exemple, ont existé pendant des dizaines de millions d’années avant le vol. Les ancêtres des oiseaux modernes avaient également déjà développé de grands poumons, de puissants muscles des bras et des statures petites et légères.

Enfin, après 60 autres millions d’années de changements progressifs et d’extinctions, les expériences évolutives ont produit les maîtres de l’air que nous voyons aujourd’hui – des colibris acrobatiques aux albatros planants. En s’inspirant et en observant attentivement ces merveilles, les humains ont utilisé le vol des oiseaux pour faire progresser l’objectif de s’envoler dans les airs à notre manière.

Les ailes

Tout au long de l’histoire, les humains ont rêvé et tenté de voler en simulant le battement des ailes des oiseaux. Dans la mythologie grecque, des ailes faites de cire et de plumes transportent Icare dans le ciel et finissent par s’approcher trop près du soleil. En 1505, Léonard de Vinci rédige un codex sur le vol des oiseaux et conçoit – mais ne construit jamais – un dispositif de battement d’ailes pour le vol appelé ornithoptère.

« La pierre d’achoppement pour l’inspiration du vol naturel dans le vol humain était d’imiter la façon dont les oiseaux volent avec des ailes battantes », a déclaré Peter Jakab, conservateur en chef du Musée national de l’air et de l’espace du Smithsonian.

Sans le bon poids, et la forme ou la puissance pour générer la portance, les dispositifs de battement étaient voués à l’échec. Dans ce cas, l’observation des oiseaux pourrait en fait avoir freiné le progrès.

« Ce que font les oiseaux est si sophistiqué, que le rétro-ingénierie d’il y a 150 ou 100 ans est assez décourageant », a déclaré Carrano. Le vol des oiseaux n’est pas la voie la plus simple ou la plus efficace pour s’élever dans les cieux. « Vous poursuivez ce que l’évolution a fait, mais l’évolution n’essayait pas de voler. »

Tout n’a pas été un faux départ, cependant. Regarder les oiseaux planer a inspiré les inventeurs à construire des planeurs avec des ailes stationnaires qui ont une forme incurvée pour créer de la portance. L’ingénieur Otto Lilienthal a été à l’origine des premières véritables tentatives de vol en étudiant intensément les oiseaux, publiant même un livre en 1889 intitulé « Birdflight as the Basis of Aviation. »

Une exposition de dinosaures volants dans un musée.
Des scientifiques et des visionnaires ont étudié et tenté de modéliser la mécanique des ailes d’oiseaux pendant des siècles. Les amateurs de musées peuvent voir cette exposition sur l’évolution du vol chez les dinosaures dans une visite virtuelle du « David H. Koch Hall of Fossils – Deep Time » du Musée national d’histoire naturelle. (Smithsonian)

Finalement libre comme un oiseau

Les gens utilisaient les oiseaux planeurs comme premiers guides pour créer la portance et les formes aérodynamiques, mais avant les frères Wright, personne n’avait compris comment contrôler efficacement le mouvement dans des avions plus grands. Lilienthal dirigeait ses planeurs en déplaçant le poids de son corps d’avant en arrière – comme les deltaplanes modernes – mais la méthode dépendait de la taille et du poids de l’avion.

Wilbur Wright a écrit à la Smithsonian Institution en 1899 pour demander des rapports sur les connaissances actuelles entourant le vol. Dans sa lettre, il disait vouloir « ajouter mite à l’aide sur le futur travailleur qui atteindra le succès final. » En l’espace de cinq ans, il est devenu ce futur travailleur, lorsque lui et son frère Orville ont conçu et fait voler le premier avion réussi.

L’une de leurs clés pour planer en toute sécurité – et se diriger – était un concept appelé wing-warping, qui se reflète dans le vol des oiseaux. En changeant l’angle des ailes face au vent d’un côté, les frères Wright ont compris que l’on pouvait augmenter la portance d’un côté, ce qui l’amène à s’élever et à faire tourner l’avion. Ils ont confirmé cette idée en observant des vautours planer en cercle.

« Apprendre le secret du vol à partir d’un oiseau, c’était un peu comme apprendre le secret de la magie à partir d’un magicien », a fait remarquer un jour Orville. « Une fois que vous connaissez une fois le tour et que vous savez ce qu’il faut chercher, vous voyez des choses que vous n’aviez pas remarquées lorsque vous ne saviez pas exactement ce qu’il fallait chercher. »

Les avions modernes utilisent toujours le concept de portance différentielle – réalisé pour la première fois grâce au gauchissement des ailes – pour s’équilibrer et tourner dans les airs.

Présentation au musée d'un avion ancien.
Le premier avion des frères Wright s’équilibrait et tournait en gauchissant les ailes dans des directions opposées pour modifier la quantité de portance générée par chaque côté. (Smithsonian)

Une vue aérienne

Pour les oiseaux, la réussite du vol a entraîné une nouvelle explosion des possibilités évolutives. « Le vol peut rendre toutes sortes de ressources disponibles, comme des sites de nidification plus sûrs et l’accès à la nourriture », a déclaré Helen James, conservatrice des oiseaux au Musée national d’histoire naturelle du Smithsonian. « Cela ouvre davantage le monde. »

La capacité de voler a fait quelque chose de similaire pour les humains, changeant la sensation du monde et nos perceptions de notre espèce.

« Ce qui était considéré comme une grande distance avant l’avion était beaucoup plus petit que ce que nous considérons comme une grande distance maintenant », a déclaré Jakab. « Et dans les avions, vous ne voyez pas de frontières ou de divisions créées par l’homme », a-t-il ajouté. « Cela a eu un impact psychologique puissant. »

Tout comme le vol des oiseaux a changé l’histoire de l’évolution sur Terre, il est probable que l’invention du vol à propulsion humaine restera l’un des moments les plus transformateurs de l’histoire humaine. Le premier avion à moteur des frères Wright se trouve actuellement au musée national de l’air et de l’espace du Smithsonian. Mme Jakab le considère comme un objet fondateur, au même titre que la première roue. « Vous pouvez le regarder et soutenir que de ce seul objet ont émané de nombreux aspects du monde moderne ».

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Erin Malsbury

Erin Malsbury est stagiaire au bureau des communications et des affaires publiques du Smithsonian National Museum of Natural History. Ses écrits sont parus dans Science, Eos, Mongabay et le Mercury News, entre autres. Erin a récemment obtenu un master en communication scientifique à l’université de Californie, à Santa Cruz. Elle est également titulaire d’une licence en écologie et d’une licence en anthropologie de l’université de Géorgie. Vous pouvez la trouver à erinmalsbury.com.

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Tags :

Oiseaux, temps profond, évolution, paléontologie des vertébrés

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