- Les insectes volants ne se dirigent pas tout droit vers la lumière ; à cause d’une réponse de contrôle de l’attitude visant à garder la lumière du côté dorsal, ils tournent autour d’elle ou entrent en décrochage et en vol renversé
- Une capture de mouvement haute résolution en laboratoire et de la stéréovidéographie en extérieur ont permis de reconstruire les trajectoires de vol 3D et l’orientation du corps d’insectes autour d’une lumière artificielle
- Dans 477 vidéos stéréoscopiques de terrain et 538 trajectoires de laboratoire, le vecteur de vitesse des insectes était orthogonal à la direction de la lumière, tandis que leur axe dorsal penchait fortement vers elle
- Dans la nature, le ciel est la zone la plus lumineuse, ce qui rend la dorsal-light-response utile pour maintenir l’attitude de vol, mais une source ponctuelle proche déforme ce signal
- Avec un éclairage diffusé comme le ciel, le vol normal a été rétabli ; réduire l’éclairage non protégé, l’éclairage dirigé vers le haut et les réflexions au sol peut aider à limiter les dommages pour les insectes nocturnes
Différence entre les anciennes hypothèses et les nouvelles observations
- Depuis longtemps, plusieurs explications étaient avancées pour expliquer pourquoi les insectes nocturnes volent de manière irrégulière autour des lumières
- une escape response, où ils perçoivent la lumière comme une issue et s’y dirigent
- une confusion du celestial compass, où ils naviguent à partir de la Lune mais prennent une lumière artificielle comme repère
- une attraction par le rayonnement thermique
- un éblouissement dû à une lumière intense qui perturberait le vol
- Comme il était difficile de suivre en 3D de petits insectes dans l’obscurité, il manquait des données cinématiques pour tester rigoureusement ces hypothèses
- Les observations correspondent mieux à l’idée que les insectes ne sont pas simplement “attirés” par la lumière artificielle, mais que la proximité d’une source lumineuse déforme les signaux de contrôle de leur attitude de vol
Mécanisme clé : orienter le dos vers la zone la plus lumineuse
- La plupart des insectes volants présentent une dorsal-light-response (DLR), qui les pousse à orienter leur face dorsale vers la zone la plus lumineuse de leur champ visuel
- En milieu naturel, la partie la plus lumineuse du champ visuel est généralement le ciel, ce qui aide les insectes à estimer le “haut” et à maintenir l’attitude de leur corps en vol
- Une source lumineuse artificielle ponctuelle et proche devient un signal lumineux localement plus fort que le ciel, conduisant l’insecte à traiter comme “haut” une direction différente de la gravité réelle
- En conséquence, l’insecte incline son dos vers la lumière et, comme sa dynamique de vol utilise l’inclinaison du corps pour changer de direction, il se met à tourner autour de la lumière, à décrocher en montée ou à se renverser puis chuter
Motifs de vol observés en extérieur et en laboratoire
- En extérieur, 477 enregistrements vidéo stéréoscopiques ont servi à analyser le vol d’insectes de 10 ordres autour d’une lumière artificielle
- Les motifs de vol anormaux se répartissaient en trois catégories
- Orbiting : rotation autour de la lumière sur une trajectoire circulaire relativement stable, particulièrement marquée lorsque le vent est faible
- Stalling : montée raide en étant orienté à l’opposé de la lumière, suivie d’une perte de vitesse
- Inversion : retournement de la posture du corps lors du passage juste au-dessus de la lumière, puis chute rapide
- Ces motifs étaient rares dans les vidéos tournées en conditions sombres, ce qui les classe comme comportements anormaux autour d’une lumière artificielle
- En laboratoire, un cadre de marqueurs représentant moins de 5 % du poids corporel a été fixé sur le thorax des insectes, et une capture de mouvement infrarouge a mesuré l’axe dorsal et la position
- Les espèces étudiées comprenaient le Common Darter, le Migrant Hawker, le Yellow Underwing Moth et le Lorquin’s Atlas Moth, avec au total 538 trajectoires de vol continues enregistrées pour ces quatre espèces
Les insectes ne volaient pas tout droit vers la lumière
- Autour d’une source ponctuelle, les vecteurs de vitesse horizontale des quatre espèces se concentraient fortement dans une direction orthogonale à celle de la lumière
- Cela ne correspond pas à l’idée selon laquelle les insectes voleraient directement vers la lumière
- Le Common Darter ne montrait pas le même motif de vol orbital sous un éclairage de plafond diffus à large spectre ni dans l’obscurité totale, alors qu’il apparaissait sous une source ponctuelle UV
- Les données des marqueurs ont montré quantitativement que les insectes inclinaient leur axe dorsal vers la lumière pendant le vol
- l’indice d’alignement entre l’axe dorsal et la direction de la lumière était de 0.84 pour S. striolatum, 0.79 pour A. mixta, 0.82 pour Noctua sp. et 0.82 pour A. lorquinii
- ce même indice tombait à 0.17 pour S. striolatum dans l’obscurité
- À proximité d’une source ponctuelle, la distribution de l’inclinaison corporelle de toutes les espèces se déplaçait vers des angles de bank plus élevés que dans les conditions de contrôle
Avec une lumière diffuse comme le ciel, le vol normal revient
- Quand un drap blanc était placé au sol et qu’une lumière UV était dirigée vers le bas, les insectes se retournaient, roulaient en l’air puis heurtaient le sol
- Lorsque la même source UV éclairait un drap blanc placé au-dessus pour créer une canopée diffuse, les insectes ne s’agrégeaient plus autour de la lumière et ne montaient plus vers l’ampoule ; ils volaient sous le tissu selon des trajectoires variées
- Dans les expériences sur de petits insectes également, lorsque la lumière UV diffuse provenait d’en haut, on observait un vol ascendant rapide mais stable ; lorsque la lumière UV venait d’en bas, les taxons testés, à l’exception de Drosophila sp., s’inclinaient ou se retournaient juste après le décollage et heurtaient le sol
- L’analyse quantitative montrait aussi que les trajectoires autour d’une source ponctuelle étaient plus sinueuses que sous une canopée diffuse
- la médiane de la courbure totale de trajectoire était de 3.21 pour la source ponctuelle contre 1.21 pour la canopée diffuse
- dans la condition avec source ponctuelle, il existait un biais de rotation vers la lumière, biais qui disparaissait sous la canopée diffuse
Simulation et vérification des hypothèses concurrentes
- La simulation à base d’agents utilisait un vecteur d’accélération fixe par rapport à l’axe du corps de l’insecte et un objectif de contrôle consistant à incliner le dos vers la lumière
- Avec le même ensemble de paramètres, de simples variations de position initiale reproduisaient les trois motifs observés : vol orbital, décrochage et inversion
- Dans 300 simulations aléatoires de 5 secondes, le modèle d’inclinaison dorsale produisait surtout des trajectoires incapables de s’éloigner de la lumière, alors que la suppression de cette inclinaison entraînait une dispersion loin de la source
- Le modèle de confusion du compas céleste, dans lequel l’insecte tenterait de maintenir la lumière à une position égocentrée arbitraire, ne correspondait pas bien aux trajectoires orthogonales cohérentes observées chez les insectes réels
- Même dans une expérience où deux sources ponctuelles UV étaient allumées alternativement, les insectes changeaient facilement de sens de rotation lorsqu’ils passaient vers la nouvelle lumière, ce qui contredit l’explication par compas imposant de garder la lumière au même côté du corps
Exceptions et limites
- En laboratoire, 3 individus d’Oleander Hawkmoth (Daphnis nerii) n’ont montré aucun comportement d’orientation vers la lumière sur 71 trajectoires enregistrées
- D. nerii ne se renversait pas et n’entrait pas en vol orbital en passant au-dessus d’ampoules UV ou LED blanches orientées vers le haut, et son indice d’inclinaison dorsale était faible, à 0.24
- Les Vinegar Fly sauvages (Drosophila spp.) ne montraient pas non plus de différence nette entre les vols au-dessus et au-dessous d’une source UV ou d’une LED blanche
- Ces exceptions montrent que ce comportement présente une spécificité de longueur d’onde et des différences selon les espèces
- Le processus par lequel les insectes atteignent une lumière à longue distance n’a pas été testé directement, et d’autres mécanismes peuvent intervenir dans l’approche à longue portée
Implications pratiques et données ouvertes
- Les résultats concordent avec l’idée que le piégeage lumineux à petite échelle ne relève pas d’un problème de navigation, mais d’une perturbation du contrôle de l’attitude chez les insectes
- La nuit, la lumière du ciel rivalise difficilement avec l’éclairage artificiel ; les sources ponctuelles lumineuses, l’éclairage vers le haut, l’éclairage non protégé et les réflexions au sol peuvent donc perturber le vol des insectes
- Réduire l’éclairage non nécessaire non protégé, l’éclairage vers le haut et les réflexions au sol peut limiter l’impact sur les insectes volants nocturnes
- À l’avenir, analyser quelles composantes visuelles de la DLR réagissent à quelles longueurs d’onde pourrait aider à mieux distinguer les modifications d’éclairage artificiel qui désorientent moins les insectes nocturnes
- Les vidéos stéréoscopiques brutes, les trajectoires traitées, les trajectoires de capture de mouvement de laboratoire à 6 degrés de liberté, ainsi que le code de simulation et les scripts de traitement des données sont publiés sur Figshare : https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24771978
1 commentaires
Avis sur Hacker News
C’est assez amusant de secouer des clés devant un essaim d’insectes près d’une lumière
Les clés résonnent souvent dans la bande ultrasonore, imitant maladroitement les fréquences utilisées par les chauves-souris, et les insectes qui ont des chauves-souris en chasse à proximité tombent généralement aussitôt au sol
L’hypothèse est qu’ils reconnaissent le son d’une chauve-souris en chasse, que le bruit des clés en est suffisamment proche pour leur faire croire qu’ils sont poursuivis, puis qu’ils fuient dans la direction de la gravité
L’histoire raconte qu’en mettant plusieurs clés dans une chaussette et en la lançant en l’air, une chauve-souris proche pique vers l’objet pour l’attraper, puis que les clés sont trop lourdes et l’entraînent au sol
Si l’on est rapide, on pourrait alors l’attraper ; c’est peut-être une légende urbaine, mais ça paraît aussi plausible
En gros, « j’entends du brouillage » : ils auraient développé par évolution des contre-mesures de guerre électronique pour perturber le radar des chauves-souris
https://steveblank.com/2009/03/23/if-i-told-you-i%e2%80%99d-...
https://youtube.com/watch?v=OmG0OT6MWC8
En été, il m’est arrivé de voir une mouche entrer dans une pièce, tourner en rond au milieu, là où se trouve généralement un luminaire éteint, et ne pas trouver la fenêtre ouverte ou ne pas vouloir sortir
J’ai par hasard remplacé l’éclairage de la pièce par une configuration très lumineuse de 20 ampoules LED Philips E27, plus de 200 W au total ; les mouches qui tournaient au milieu de la pièce en plein jour se sont dispersées en quelques secondes quand j’ai allumé, et ont soudain cessé leur vol circulaire
Je ne pense pas qu’elles fuyaient la chaleur ou l’éblouissement ; on dirait plutôt que l’apparition d’une lumière plus abondante et plus diffuse, et non plus seulement celle venant de la fenêtre, a restauré leur capacité de navigation
Elles évaluent la distance aux objets à partir de la vitesse de déplacement des points caractéristiques vus par leurs yeux composés de part et d’autre de la tête ; comme leur vision est floue, ces caractéristiques doivent être assez grandes ou fortement contrastées
Une pièce aux murs blancs et faiblement éclairée leur paraît presque dépourvue de repères, et elles peuvent continuer à voler en cercle jusqu’à être assez proches d’un mur
Elles prennent peut-être comme point de référence un objet fixe contrasté, comme un luminaire éteint ; quand on allume, des objets auparavant invisibles dans la pièce apparaissent avec plus de contraste, ce qui leur permet de se déplacer ou d’atterrir plus facilement
À l’intérieur, elles peuvent considérer la fenêtre comme la principale source lumineuse, la confondre avec le ciel et commencer à tourner en rond
D’autres insectes peuvent avoir un comportement similaire
Donc imiter une source lumineuse large et brillante comme le soleil pourrait les troubler moins, et on peut aussi acheter des éclairages à spectre rouge présentés comme plus respectueux des insectes
J’ai déjà entendu parler de luminaires E38 mogul de 500 W, mais jamais de modèles avec 20 petites douilles
Je me demande donc si l’article confirme l’idée courante selon laquelle « les insectes utilisent la Lune comme indice de boussole dans le ciel, puis se trompent avec les sources de lumière artificielle »
Il paraît donc peu probable que les insectes aient spécifiquement évolué pour n’utiliser que la Lune comme outil de navigation
L’article dit plutôt que, même la nuit, le ciel est globalement plus lumineux que le sol, et que les insectes semblent orienter leur face dorsale vers cette zone lumineuse diffuse tout en gardant leur face ventrale parallèle au sol
Dans l’article, en extérieur comme en laboratoire, les insectes volent rarement directement vers la lumière ; ils volent de façon constante dans une direction perpendiculaire à la source lumineuse, ce qui contredit le postulat de base d’une réaction de fuite
De plus, pour maintenir une trajectoire, il faudrait garder la source lumineuse à une position fixe dans le champ visuel ; or, dans les expériences où l’on change la position de la source, les insectes la maintiennent facilement de l’un ou l’autre côté de leur corps
Même s’ils utilisent la Lune pour naviguer, ils ne voleraient pas directement vers elle ; il est donc difficile de comprendre pourquoi le fait qu’ils volent directement vers une source artificielle a servi de preuve à cette théorie
Je pensais que les insectes volaient normalement en ligne droite en gardant la Lune d’un côté, mais que les éclairages artificiels faussaient ce repère et les faisaient tourner en spirale autour de la source lumineuse
Le comportement montré dans l’étude semble correspondre exactement à cela
L’article montre que les insectes utilisent des lumières réelles comme la Lune, les étoiles, le Soleil ou les sources artificielles pour s’aligner dans le plan horizontal, mais que cela ne constitue pas en soi une navigation
Quand cet alignement présente une inclinaison, ils volent en cercle autour de la lumière, et cette inclinaison rend aussi le mécanisme de vol lui-même inefficace : la relation spatiale avec la source lumineuse change rapidement, ce qui perturbe la stabilité directionnelle
Quelle que soit la motivation réelle de navigation — chaleur, froid, phéromones, odeurs, vision, sons, etc. — elle est affectée par cette instabilité de la relation spatiale
Le fait qu’ils orientent leur dos vers la lumière est intéressant
Cela rend aussi plus compréhensible une vidéo de papillon de nuit tournant autour d’une lampe que j’avais vue au hasard sur YouTube
[1] : https://www.youtube.com/watch?v=OhNpOsTUqzA
Super étude.
Un enfant de 7 ans m’a déjà posé cette question, et je n’avais absolument pas la réponse.
Si j’ai bien lu, les insectes ne volent pas vers la lumière : ils orientent le dessus de leur corps vers la lumière. Avec la lumière naturelle, cela les aide à maintenir une posture de vol et un contrôle normaux, mais sous éclairage artificiel, on dirait que cela les fait tourner en continu autour de la source lumineuse.
C’est plausible, dans la mesure où ils supposent que le côté où se trouve la lumière est le haut.
À part ça, c’est exact.
C’est toujours amusant de voir les énormes toiles d’araignée et les araignées bien grasses autour des lampes au sodium au rayon jardin de Home Depot.
La quantité de chaleur nécessaire pour produire soi-même de la bioluminescence afin d’obtenir cet effet serait, à mon avis, supérieure à celle qu’on pourrait récupérer en chassant de cette façon.
Mais si quelqu’un fournit gratuitement l’énergie pour chasser, c’est une autre histoire.
Une araignée bioluminescente serait une cible facile pour les oiseaux ou les chauves-souris, alors qu’une araignée près d’une lampe court moins de risques parce que les prédateurs ne s’y sont pas encore adaptés.
Ou bien, autrefois, les toiles étaient énormes et rentables partout, mais avec le déclin mondial des insectes, elles ne le sont plus vraiment qu’autour des éclairages.
Pendant la majeure partie de leur histoire évolutive, il n’y avait pas ce genre de source lumineuse la nuit ; elles utilisaient peut-être la lune en arrière-plan.
Mais si un trait naturellement possible, comme la bioluminescence, procure un avantage évolutif important et significatif, peut-on considérer qu’une espèce évoluera forcément dans cette direction ?
Si c’est le cas, je me demande aussi pourquoi nous sommes jusqu’ici le seul être intelligent, et pourquoi les chimpanzés, avec qui nous partagions un ancêtre commun il y a 7 millions d’années, n’ont pas développé l’intelligence.
Quand je travaillais dans un camp à Lake-of-the-Woods, c’était presque irréel ; je suis sûr qu’il y avait assez de toile pour remplir plusieurs oreillers.
Je me demande ce qu’il en est de la couleur.
L’article dit que « c’est particulièrement le cas la nuit pour les courtes longueurs d’onde (<450 nm) », donc c’est un sujet un peu distinct.
Je me suis toujours demandé s’il n’existait pas une couleur d’éclairage visible par les humains tout en minimisant l’impact sur les insectes.
Par exemple, utiliser uniquement des lumières rouges en ville aiderait-il ?
Je ne me souviens pas si c’était efficace, et je n’en ai pas vu depuis assez longtemps.
https://www.lightbulbs.com/blog/how-do-bug-lights-work
Ça me rappelle une activité que j’adorais enfant au Vietnam : attraper des léthocères en fin d’après-midi.
C’était probablement https://en.wikipedia.org/wiki/Lethocerus_indicus, mais je peux me tromper.
Dans les années 1980, le Vietnam était très peu développé, il n’y avait pas beaucoup de lampadaires et il faisait généralement sombre.
Notre maison était juste à côté d’une route récemment construite, qui est devenue plus tard une autoroute, et c’était l’une des rares routes avec des lampadaires puissants.
La luminosité des nouveaux lampadaires attirait non seulement les enfants, mais aussi les léthocères venus des rizières de l’autre côté de la route ; un jour, après avoir entendu dire que ces insectes étaient comestibles, les enfants du pâté de maisons et moi avons commencé à les mettre dans des bocaux pour les rapporter à la maison.
Ça me fait penser aux mites devant la porte de la cuisine, complètement fascinées par une ampoule nue, volant en rond et se cognant la tête de leur exosquelette.
Dans la forêt, elles naviguent très bien à la lumière de la lune, mais dès qu’elles arrivent près d’une ampoule, c’est fichu.
La phrase disant qu’elles essaient seulement d’évoluer semble bien coller à cette étude.
Après avoir lu un peu, ça paraît assez logique.
D’après ce que j’ai trouvé, les insectes n’ont généralement pas, comme les humains, d’oreilles ou d’oreille interne sophistiquées pour détecter la gravité et la vitesse ; chez nous, ces sensations semblent venir de l’oreille interne et de la pression ressentie par la peau sur tout le corps.
Les insectes peuvent détecter le contact et la pression à leur surface, mais c’est difficile à exploiter en vol ; il est donc plausible qu’ils aient besoin d’un autre moyen pour s’orienter.
Comme les yeux font déjà ce travail, il n’y avait aucune raison de développer un autre organe ou un autre sens.
Jusqu’à ce que les humains découvrent le feu et viennent tout gâcher.