Pourquoi les oiseaux dorment-ils debout ?

Les humains d’un côté et les oiseaux de l’autre sont les seuls à partager la bipédie, mais celle des oiseaux repose sur un mécanisme bien spécifique, la tenségrité, qui pourrait trouver des applications en robotique, selon une étude publiée mercredi.

La différence fondamentale entre les humains et les oiseaux est que la bipédie du premier consiste à se tenir debout, tandis que celle du second repose visiblement sur la flexion des membres inférieurs.

Cette flexion, que l’homme ne peut maintenir que pendant une courte période et au prix d’un certain effort, n’empêche pas les dix mille espèces d’oiseaux recensées dans le monde de dormir debout, rappelle l’étude publiée dans la revue Interface de la Royale britannique. Société.

Et si on ne s’est jamais vraiment posé la question du pourquoi, c’est peut-être parce que l’oiseau est un « animal à la fois très proche et très éloigné de nous, dont nous nous intéressons particulièrement au vol et au comportement », suppose le premier auteur de l’étude. , Anick Abourachid, du laboratoire Mecadev (Mécanismes adaptatifs et évolution) du Muséum national d’histoire naturelle de Paris.

Chez l’humain, l’équilibre dépend d’un squelette travaillant en compression. Les forces se propagent verticalement, par gravité, de la tête aux pieds.

L’oiseau a une structure différente, avec un tronc plus horizontal, s’étendant d’une courte queue osseuse, en passant par une épine presque rigide, jusqu’à un long cou puis la tête.

Ce tronc est comme en équilibre sur des pattes, constituées de trois os assez longs, qui forment une sorte de Z avant d’atteindre les pattes. Une structure héritée de leurs ancêtres dinosaures.

Tenségrité

L’équipe Mecadev propose que ce système soit basé sur la tenségrité. Elle permet à l’animal de rester « stable avec un coût énergétique minimal, c’est-à-dire sans quasiment aucun effort musculaire grâce à une tension passive », selon l’étude.

La tenségrité, mot dérivé de l’anglais associant les notions de tension et d’intégrité, désigne la capacité d’une structure à maintenir son équilibre par un jeu de tension et de compression.

Quant à un pont suspendu dont le tablier est maintenu par un équilibre entre câbles et piliers, contrairement à un pont classique, qui repose uniquement sur la compression du tablier et de ses piles.

Chez l’oiseau, « une fois la structure mise sous tension, il n’y a pas besoin d’énergie pour la faire tenir debout », précise le professeur Abourachid.

Les oiseaux maintiennent ainsi leur équilibre avec un minimum d’effort, même sur un câble électrique ou une branche secouée par le vent. Une prouesse réservée aux pratiquants humains de « slackline », semblable à la marche sur corde raide, mais de préférence sans vent.

Pour tester leur hypothèse, les chercheurs de Mecadev ont conçu, avec l’aide de ceux du Laboratoire des Sciences du Numérique de l’Université de Nantes (LS2N), un modèle mathématique alliant biologie et robotique.

Ils ont utilisé des études sur l’un des oiseaux rares, un passereau de l’espèce diamant mandarin, dont la posture a été étudiée par rayons X. « C’est la seule manière de comprendre la posture du squelette, car tout ce que l’on voit chez un oiseau est une couche de plumes avec le bec d’un côté et les pattes de l’autre », explique le chercheur.

Le modèle fonctionne avec quatre câbles remplaçant les tendons et les muscles de la patte d’un oiseau, allant du sacrum à la patte en passant par chaque articulation.

Une tension correcte dans les câbles permet à l’animal modélisé de trouver son équilibre avec les pattes fléchies. En réalité, un oiseau possède une quarantaine de muscles lui permettant non seulement de rester debout, mais aussi, selon les espèces, de courir, nager, s’envoler, se nourrir ou se défendre.

Les chercheurs envisagent des modèles plus complexes pour reproduire le comportement des oiseaux en mouvement. Avec l’ambition de trouver une application en robotique, les robots bipèdes s’inspirent souvent du modèle humain.

Le modèle aviaire permettrait à un robot bipède de maintenir longtemps une posture fixe, pour l’observation par exemple, avec une dépense énergétique minimale.