Pourquoi les oiseaux volent en V ?

Fin octobre, on les entend avant de les voir. Un cri rauque, trompeté, qui tombe du ciel, puis une longue flèche grise qui file vers le sud-ouest. Les grues cendrées traversent la France. Si les oiseaux migrateurs volent en V, ce n'est ni pour l'élégance ni par discipline militaire : chaque oiseau se place pour surfer sur l'air que soulève l'aile de son voisin. Le principe est connu depuis longtemps. La preuve, elle, n'est arrivée qu'en 2014.

Entre les deux, il y a eu un chiffre magique répété partout, des pélicans équipés de cardiofréquencemètres, des ibis suivis par un ULM jusqu'en Italie et, plus récemment, deux Airbus A350 au-dessus de l'Atlantique. Et une jolie histoire d'oie blessée qu'il va falloir ranger dans le tiroir des légendes.

Que se passe-t-il derrière l'aile d'un oiseau ?

Pour voler, une aile repousse de l'air vers le bas. C'est la réaction à cette poussée qui maintient l'oiseau en l'air. Mais au bout de l'aile, quelque chose déborde. L'air sous l'aile, en surpression, cherche à rejoindre le dessus, en dépression, et il contourne la pointe. Résultat : un tourbillon marginal qui s'enroule derrière chaque extrémité d'aile, comme une petite tornade couchée.

Ce tourbillon a deux faces. Derrière l'oiseau, dans l'axe de son corps, l'air descend : c'est le downwash, la zone à éviter, parce qu'un oiseau placé là devrait battre plus fort pour compenser. Juste à l'extérieur de la pointe de l'aile, en revanche, l'air remonte. C'est l'upwash, un ascenseur gratuit.

Un oiseau qui se glisse en diagonale derrière son voisin, l'aile légèrement en recouvrement avec la pointe de celle de devant, pose donc son aile dans un courant qui la soulève déjà un peu. Il produit la même portance avec moins d'effort. Le suivant fait pareil avec lui, et ainsi de suite. Mettez ces diagonales bout à bout des deux côtés du premier oiseau, et vous obtenez un V.

Les oiseaux économisent-ils vraiment 71 % d'énergie ?

Ce nombre vient d'un article de deux ingénieurs, P.B.S. Lissaman et Carl Shollenberger, publié dans Science le 22 mai 1970. Leur calcul aérodynamique concluait qu'une formation de 25 oiseaux pouvait voler environ 71 % plus loin qu'un oiseau seul. Le chiffre a fait le tour du monde. Il est encore dans des manuels, des documentaires et des milliers de présentations d'entreprise.

Problème : c'est un calcul, pas une mesure. Et un calcul qui traite l'oiseau comme une aile d'avion fixe, alors qu'un oiseau bat des ailes, ce qui fait onduler ses tourbillons dans tous les sens. Dès 1977, une étude en soufflerie de Haffner ramène l'estimation à environ 22 % de distance gagnée. Les spécialistes considèrent aujourd'hui le résultat de 1970 comme pionnier, mais nettement surestimé.

La première vraie mesure sur des oiseaux vivants arrive en 2001. L'équipe d'Henri Weimerskirch, du CNRS de Villiers-en-Bois dans les Deux-Sèvres, entraîne huit pélicans blancs, au parc du Djoudj au Sénégal, à voler en formation derrière un bateau à moteur ou un ULM, puis enregistre leur rythme cardiaque. Résultats publiés dans Nature : en formation, les pélicans battent des ailes moins souvent, planent plus longtemps, et leur cœur ralentit. L'économie d'énergie est estimée entre 11,4 et 14 %.

Pas 71 %. Plutôt un septième. Sur des milliers de kilomètres, c'est déjà énorme.

Un oiseau qui traverse l'Europe dépense ses réserves de graisse au gramme près. Une économie de 10 à 15 % peut décider d'une étape sautée, d'une halte écourtée, ou d'une arrivée en meilleur état sur les sites d'hivernage.

Comment les ibis ont-ils prouvé la théorie en 2014 ?

Restait une objection sérieuse. Pour profiter de l'upwash, il ne suffit pas d'être au bon endroit. Comme l'aile monte et descend, le courant ascendant monte et descend aussi. Un oiseau mal synchronisé pourrait se retrouver à pousser son aile vers le bas pile au moment où l'air sous lui redescend. Les oiseaux sont-ils capables de gérer ça ?

Steven Portugal, du Royal Veterinary College de Londres, a trouvé un terrain idéal : les ibis chauves du projet Waldrapp. Cette espèce menacée avait disparu d'Europe centrale. Pour réintroduire une population migratrice, une équipe autrichienne élève des jeunes à la main et leur apprend la route vers la Toscane en les guidant avec un ULM. Des oiseaux qui volent en V, au milieu de l'Europe, au rythme d'un appareil que des chercheurs peuvent suivre. Impossible de rêver mieux.

Quatorze ibis ont reçu un petit boîtier dorsal combinant GPS et accéléromètres, capable de noter la position de chaque oiseau et chacun de ses battements d'ailes. L'article, publié dans Nature en janvier 2014, montre deux choses. Les ibis se placent là où la théorie aérodynamique prévoit l'upwash le plus fort. Et ils règlent le tempo de leurs ailes sur celui de leur voisin.

Le détail est superbe. Quand un ibis vole en diagonale derrière un autre, dans le V, il bat des ailes avec un léger décalage qui fait suivre à sa pointe d'aile exactement le même chemin que celle de devant. Il reste dans l'ascenseur pendant tout le battement. Mais quand un ibis se retrouve pile derrière un autre, dans le courant descendant, il fait l'inverse : il bat en opposition de phase, pour limiter les dégâts. Les oiseaux sentent, ou anticipent, la forme du sillage invisible laissé par leurs voisins.

Qui mène le V, et pourquoi le chef change-t-il ?

L'oiseau de tête ne profite d'aucun tourbillon. Il fend l'air calme, et il paie plein tarif. Si le V était une hiérarchie fixe, le plus fort se sacrifierait pour les autres en permanence. Ce n'est pas ce qu'on observe.

Les mêmes données d'ibis ont été réexploitées par Bernhard Voelkl et ses collègues dans un article publié en février 2015 dans PNAS. En moyenne, chaque oiseau passait environ 32 % de son temps à profiter de l'upwash d'un autre, et à peu près autant à jouer le rôle de celui qui offre son sillage. Mieux : ces échanges se faisaient par paires. Un ibis qui avait traîné derrière un camarade lui rendait la pareille, pour une durée comparable. Les biologistes appellent ça la réciprocité directe. Les tricheurs qui voudraient rester derrière sont vite repérés par leur partenaire.

Ça ne veut pas dire que la tête change toutes les dix secondes au hasard. Mais l'image du vieux mâle dominant qui ouvre la route d'un bout à l'autre de la migration ne correspond pas à ce qui a été mesuré.

Pourquoi les moineaux et les étourneaux ne volent-ils pas en V ?

Le V est un club fermé. On le voit chez les grues, les oies, les cygnes, les cormorans, les pélicans, les ibis. Des oiseaux lourds, à grande envergure, qui battent des ailes lentement et régulièrement. Leurs tourbillons sont puissants et prévisibles, donc exploitables.

Un petit passereau, lui, bat des ailes très vite et avec une grande amplitude. Son sillage est faible et chaotique, et il n'y a pas grand-chose à récupérer derrière lui. Les étourneaux qui dessinent des nuages mouvants au-dessus des roselières volent en groupe pour d'autres raisons, avant tout pour compliquer la tâche des faucons. Ce n'est pas de l'aérodynamique, c'est de la sécurité par le nombre.

Une autre hypothèse, compatible avec la première, rappelle que le V garde aussi chaque oiseau en vue de ses voisins, sans collision, avec un champ dégagé vers l'avant. Les grues ne cessent d'ailleurs de crier en vol, ce qui aide sans doute un groupe à rester soudé de nuit ou dans les nuages. La plupart des chercheurs voient pourtant l'économie d'énergie comme le moteur principal.

Et l'histoire de l'oie blessée ?

Vous l'avez peut-être vue affichée dans une salle de réunion. Quand une oie tombe malade, deux de ses congénères quitteraient le V pour l'accompagner au sol et rester près d'elle jusqu'à sa guérison ou sa mort. Le texte, connu en anglais sous le titre Lessons from Geese, circule depuis les années 1970 et sert à illustrer l'esprit d'équipe. Son auteur lui-même est flou, attribué tour à tour à un enseignant de Baltimore, Robert McNeish, ou à un certain Milton Olson. Aucune étude scientifique publiée n'a observé ce comportement d'escorte. C'est une fable de management, pas un fait d'ornithologie. Le texte reprend d'ailleurs le chiffre de 71 %.

Peut-on faire voler des avions en V pour économiser du kérosène ?

Les ingénieurs y pensent sérieusement. Le 9 novembre 2021, Airbus a fait traverser l'Atlantique à deux A350 de test, de Toulouse à Montréal, l'un volant dans le sillage de l'autre à environ trois kilomètres de distance. Le programme s'appelle fello'fly, un clin d'œil direct aux oies. Airbus a annoncé plus de six tonnes de CO2 évitées sur ce vol et un potentiel d'économie de carburant de plus de 5 % sur les longs courriers. C'est une estimation du constructeur, pas encore une pratique commerciale. Les avions, eux, ne battent pas des ailes, ce qui rend paradoxalement leur sillage plus facile à exploiter que celui d'une grue.

Lever les yeux ces jours-ci

La meilleure façon de comprendre le vol en V reste de le regarder. De fin octobre à fin novembre, des dizaines de milliers de grues cendrées font escale au lac du Der, en Champagne. Le 3 novembre 2019, les bénévoles de la LPO Champagne-Ardenne y ont compté 268 120 grues quittant leurs dortoirs, un record européen pour un site de halte. Quand une formation passe au-dessus de vous, observez les bras du V. Ils ne sont presque jamais parfaitement symétriques, et la tête change parfois de titulaire sous vos yeux. Chaque oiseau ajuste sa place, au battement près, dans l'air laissé par son voisin.

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