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Comment ces serpents font-ils pour voler ?

Certains animaux ont des capacités pour le moins stupéfiantes. Alors que l'on visualise les serpents comme des êtres se faufilant au sol, il existe des espèces de serpents capables de voler en procédant à un (très) long vol plané. Le corps de ces reptiles ne semble pourtant pas adapté à ce type de déplacements dans les airs. Une équipe d'ingénieurs a percé à jour les mécanismes physiques qui sous-tendent ce phénomène. Ils ont publié leurs conclusions dans Nature Physics le 29 juin 2020.

Les ingénieurs ont porté leur attention sur Chrysopelea paradisi, un serpent capable de se mouvoir dans la canopée des arbres par un vol pouvant dépasser les 10 mètres de distance. Comprendre ce biomécanisme est une mission que l'un des auteurs de l'étude, Jake Socha, se donne depuis 20 ans. Preuve en est que ce n'est pas si simple à décrypter. L'étude à laquelle il vient de participer, publiée dans Nature Physics, repose sur une modélisation 3D, la plus mathématiquement précise jamais réalisée, du vol des Chrysopelea paradisi. Les serpents ont été filmés de la même façon que pour le motion capture des films et jeux vidéo : avec une caméra ultra rapide et des bandes réfléchissantes infrarouges disposées sur différents points de référence du corps.

Je suis un serpent donc j'ondule

Ce que les ingénieurs savent depuis quelque temps déjà est que les serpents volants ondulent d'une façon spécifique lorsqu'ils volent d'une branche vers une autre. Ces contorsions-là ne sont pas habituelles pour un serpent, mais cela reste des contorsions. Et un serpent, par définition, se contorsionne. « On sait que les serpents ondulent pour plein de raisons dans plein de contextes locomoteurs, commente le coauteur Jake Socha. C'est leur programme de base (...). Il est tout à fait possible que lorsqu'un serpent va dans les airs, alors ce soit un peu du 'Bon, qu'est-ce que je fais ? Je suis un serpent. J'ondule.' »

Sauf qu'évidemment, ce n'est pas si simple. Comme le représente l'illustration ci-dessus, la modélisation 3D a montré que les ondulations du serpent, lors de son vol, ont une utilité bien précise pour son déplacement dans les airs. Ces contorsions sont spécifiquement adaptées à l'aérodynamisme du corps du serpent. Sans elles, il ne pourrait pas voler. Elles lui permettent de ne pas tomber en vol et de parcourir de longues distances. Après avoir enregistré les serpents en motion capture, les ingénieurs ont pu procéder à des simulations. Seules les ondulations observées -- et aucune autre -- permettaient de reproduire les longues distances (en hauteur et en longueur) parcourues par ces serpents volants.

L'étude des ingénieurs leur a permis de découvrir que les ondulations du vol consistent surtout en deux ondes : une onde horizontale très ample (qui forme une sorte de S) et une plus petite onde verticale (de haut en bas). L'onde verticale va deux fois plus vite que l'onde horizontale, ce qui est « vraiment, vraiment insolite » selon Jake Socha. C'est en tout cas bien là que se situe la clé du vol des serpents Chrysopelea paradisi. 

Ce travail de recherche, qui devra être poursuivi pour comprendre encore davantage le rôle de ces ondulations spécifiques, a deux rôles : saisir les mécanismes merveilleux que permet la nature, et pourquoi pas développer du biomimétisme sur cette base, c'est-à-dire s'en inspirer pour l'innovation urbaine, technologique. « Les serpents sont tellement doués pour se déplacer dans des environnements complexes », estime l'un des auteurs, que cela pourrait inspirer des solutions créatives pour les mobilités de demain.

Pour approfondir la façon dont les chercheurs ont analysé les mouvements des serpents volants grâce à la motion capture, Nature propose une vidéo :

https://www.youtube.com/watch?v=gpW5aWMxrEw