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Bien que les ailes antérieures et postérieures soient individuellement attachées au thorax, elles se déplacent de manière synchrone pour la plupart des papillons.

Comme la plupart des insectes, les papillons n'ont pas seulement 6 pattes, mais également 4 ailes - deux ailes antérieures et deux ailes postérieures. La structure de base des ailes est une membrane cuticulaire formée par la juxtaposition de deux couches épidermiques. Elles sont directement connectées au squelette externe thoracique de l’insecte. Le mécanisme de vol est le même que celui des autres insectes. La taille des ailes et la faible fréquence de battements d'ailes sont toutefois cruciaux pour le vol en zigzag imprévisible caractéristique des papillons.

Voler sans muscles spécialisés

Les ailes des insectes - contrairement aux oiseaux, qui ont de puissants muscles de vol - sont contrôlées qu'indirectement par les muscles thoraciques de l'insecte. Lorsque les muscles qui relient l'abdomen et le dos de l’insecte sont contractés, le thorax se contracte verticalement et les ailes se déplacent vers le haut. Lorsque la musculature traversant la poitrine d'avant en arrière se contracte, le thorax reprend sa forme initiale et les ailes se déplacent vers le bas.

Motion of Insectwing.gif

Schema d'une coupe dorso-ventrale à travers un segment thoracique d'un papillon:
a: aile
b: joints d'aile 
c: muscles entre ventre et dos (muscles dorso-ventraux)
d: Musculature parallèle au thorax (muscles longitudinaux)

©Wikipedia

Bien que les ailes antérieures et postérieures soient individuellement attachées au thorax, elles se déplacent de manière synchrone pour la plupart des papillons.

Un vol imprévisible pour échapper aux prédateurs

Le déplacement des ailes vers le bas crée un vortex à basse pression au-dessus des ailes, et une zone de haute pression en dessous des ailles ce qui confère au papillon une portance vers le haut. Les ailes postérieures aident l'animal à se retourner. De plus, les différences dans le durcissement de la membrane cuticulaire (souvent sous forme de lignes) permettent des déformations aérodynamiquement importantes pendant le vol. Ainsi, en se déplaçant du bas vers le haut, les ailes bougent également de l'avant vers l'arrière, résultant en un mouvement en "8" au niveau du bord antérieur des ailles antérieures. 

Bien que les ailes des papillons engendrent une plus grande résistance à l'air que les ailes des oiseaux et sont donc plus inefficaces - les ailes des papillons sont proportionnellement beaucoup plus grandes que celles des oiseaux -, leur vol en zigzag imprévisible permet aux papillons d’échapper aux prédateurs (tels que les oiseaux).  

Des chercheurs ont également découvert que la position du corps par rapport au sol joue un rôle important dans la détermination de la direction du vol. Lorsque le papillon vole vers le haut, il positionne son corps plus ou moins perpendiculairement au sol. Simultanément, son corps rebondit en avant et en arrière au rythme du battement des ailes. S'il veut voler dans une direction horizontale, il abaisse un peu le corps tout en le gardant dans une position légèrement inclinée par rapport à l'horizontale. Maintenant, son corps oscille entre une position plus ou moins oblique.

Pas le plus rapide parmi les insectes

Ce mécanisme de vol permet généralement aux papillons de faire 10-15 battements d’aile par seconde. En comparaison, une abeille bat ses ailes 240 fois par seconde. Mais il existe aussi des "papillons turbo". Le Moro-sphinx vole par exemple avec jusqu’à 80 battements d’aile par seconde, ce qui lui permet de faire une distance de 80 km par heure. Certaines espèces de papillons sont également capables d’utiliser des courants d’air pour se laisser flotter quelques secondes. Les papillons migrateurs peuvent voler jusqu'à 100 km à l'heure, souvent à plusieurs centaines de mètres d'altitude. Chaque année, des millions de papillons monarques américains quittent le Canada pour se rendre en hibernation, parcourant jusqu'à 3 600 km en 8 à 10 semaines.

Sous les liens suivants, vous pouvez regarder le vol d'un papillon au ralenti:

Comment vole le papillon des Researchers’ Days?

Lors des Researchers Days, science.lu a distribué des papillons artificiels.

Le vol de votre papillon en papier n'a pas grand-chose en commun avec celui d'un vrai papillon!
En pivotantant, les ailes antérieurs et postérieurs de votre papillon en papier repoussent l'air latéralement et vers l'arrière. En conséquence, le papillon subit des forces latérales et de l'avant d'une manière inversée. Il s'agit ici du principe de propulsion par réaction: les ailes poussent l’air vers arrière et l’air pousse les ailes vers l’avant (3ème axiome de Newton).
Étant donné que, d'une part, les forces exercées sur les ailes changent constamment de direction du fait de la rotation des ailes, d'autre part, les ailes avant et arrière tournent dans des directions opposées, le flux d'air à proximité immédiate des ailes est très irrégulier et turbulent, ce qui provoque le battement rotatif des ailes en papier. Le résulat: un "vol en zigzag".

Souhaitez-vous que votre papillon vole à nouveau? Alors faites pivoter les ailes antérieures environ 50 fois en cercle de manière à ce que l’élastique au milieu s'enroule. Maintenant, replacez le papillon enroulé dans la carte ou entre deux pages d’un livre. Ouvrez la carte ou le livre pour faire voler le papillon.

Auteur: Michelle Schaltz (FNR), André Mousset
 

Infobox

Structure des ailes

La structure de base des ailes est une membrane cuticulaire formée par la juxtaposition de deux couches épidermiques en chitine. La couche épidermique en chitine recouvre tout le corps de l’insecte et protège ses organes internes et donne sa forme à l'insecte - les insectes n'ont pas de squelette osseux comme nous. On parle ici d’un exosquelette. La membrane cuticulaire des ailles est traversée par de fines veines et varie en durcissement. Les différences dans le durcissement de l'aile (souvent sous forme de lignes) permettent des déformations aérodynamiquement importantes pendant le vol et le pliage des ailes au repos. Les veines peuvent être vues chez certaines espèces de papillons à l'œil nu. Après l'éclosion du papillon, le fluide corporel est pompé dans ces veines pour permettre aux ailes de se déplier. Ensuite, les veines durcissent et forment des entretoises qui ne permettent la torsion et la distorsion que dans une mesure limitée et dans certaines directions et angles. Ensemble avec l’exosquelette du thorax, ces veines forment un système d'articulation permettant la mobilité des ailles lors du vol ainsi que le pliement des ailles en position de repos.

Des écailles colorées

Si l'on touche les ailes d'un papillon, il y a souvent de la "poussière de papillon" qui reste coller au doigt. Ce sont de petites écailles (0,1 millimètres de long et 0,05 millimètres de large) qui, comme les tuiles de toit, recouvrent les deux faces des ailes et sont attachées à la membrane cuticulaire à l’aide d’un petit bâton (ancre). Ces écailles existent sous différentes formes. Elles sont constituées de chitine et ont des pigments et des structures (de surface) différents. Les pigments (une couleur par écaille) sont responsables pour la coloration de l'aile et les différentes structures des écailles entraînent l'éclat métallique éclatant présent chez certains papillons.

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