La mouche peut décoller verticalement ou même en marche arrière. En vol, elle peut faire du stationnaire, changer instantanément de direction, accélérer ou ralentir, propulsée par un mécanisme d'une extraordinaire efficacité; elle atterrit verticalement à une vitesse relative ahurissante sur un train d'atterrissage, il est vrai, surdimensionné; elle se pose sans difficulté à l'envers, sur un plafond, ce dont aucun engin volant fabriqué par l'homme n'est encore capable; elle replie ses ailes aussi facilement qu'on referme un parapluie et les redéploie avec une aisance comparable. Même l'hélicoptère, dans sa grande complexité et avec ses performances étonnantes, n'atteint pas ce degré d'efficience.

«Si l'on s'en tient aux lois de l'aérodynamique actuelle, l'insecte ne devrait pas voler, mais il vole», peut-on lire dans le livre L'évolution du vol des insectes de l'entomologiste russe Andréi Brodsky, paru en 1994. «Si nous pouvions réussir à déterminer l'aérodynamique du vol de l'insecte, soit nous trouverions des imperfections dans nos théories actuelles, soit nous découvririons que l'insecte possède une façon encore inconnue de produire de la portance.»

Curieusement, ce sont les deux termes de l'alternative qui semblent se vérifier avec les expériences de trois chercheurs des universités de Berkeley, en Californie, et de Würzburg, en Allemagne, publiées dans la revue Science du 18 juin. Il n'y a pas de mystère dans la façon dont l'insecte génère la portance de ses ailes. En revanche, il y a une utilisation optimale des principes de l'aérodynamique, grâce à une cinématique élaborée. Michael Dickinson, Sanjay Sane et Fritz-Olaf Lehmann ont fait appel à un diptère bien connu, la Drosophila melanogaster, vedette des animaux de laboratoires.

Difficile d'effectuer des mesures précises sur d'aussi petites créatures – elles mesurent environ 2 mm. Pour les chercheurs, une seule chose est sûre: elles ont une puissance incroyable. Les ailes battent à 12 000 coups/minutes et sont capables de soulever le double du poids total de l'insecte. C'est comme un moteur de Ferrari, sauf que celui de la mouche est alimenté par les composants dégradés de fruits blets. Sans parler de sa complexité mécanique qui renvoie les douze cylindres italiens au rang de vulgaires morceaux de métal brut et sans souplesse. Des microcaméras vidéo à très hautes vitesses de prise de vues ont permis de décomposer les mouvements des ailes avec une très grande précision. Mais pas encore d'en comprendre l'efficacité.

L'idée des chercheurs a été de reproduire à plus grande échelle les ailes de la drosophile. Ils en ont fabriqué une paire en plexiglas de 250 mm d'envergure, c'est-à-dire environ cent fois plus grandes que les vraies. Six petits moteurs contrôlés chacun par ordinateur (trois par aile) assurent les battements verticaux et donnent l'angle d'attaque de l'aile. A formes égales mais échelles différentes, un même profil ne se comporte pas de la même façon dans l'air, un principe que connaissent les physiciens depuis plus d'un siècle. Aussi, la maquette motorisée a-t-elle dû être plongée dans un bassin de 2 mètres cubes d'un liquide visqueux à base d'huile afin que les paramètres physiques soient respectés. Par ailleurs, cette configuration a l'avantage de réduire de plus de mille fois la vitesse des battements – 8,5 coups à la minute au lieu de 12 000. Une série de capteurs mesure les forces en jeu dans cet extraordinaire ballet.

Ce qui ressort de l'étude publiée dans la revue Science – et qui représente finalement la clé de l'énigme –, c'est que le battement des ailes n'est pas seul à produire la portance nécessaire à l'envol et au vol des insectes: trois autres mécanismes, distincts mais interactifs, contribuent à augmenter dans une proportion stupéfiante les performances aérodynamiques des insectes. Ces mécanismes sont ainsi définis par les inventeurs: décrochage différé, rotation porteuse et capture de sillage.

Une aile d'avion qui se déplace dans l'air ne peut pas dépasser un angle d'attaque maximum au-delà duquel elle «décroche» et l'appareil part en vrille. Une aile d'insecte peut retarder la perte subite de portance en maintenant, grâce à son battement, une force de sustentation que les découvreurs situent au bord d'attaque de l'aile.

Encore plus fort: à la fin de chaque coup d'aile, c'est-à-dire à la montée comme à la descente, l'organe propulsif effectue une rotation ultrarapide de 90 degrés. On peut imaginer le mouvement en étendant les bras et en tournant rapidement les paumes des mains d'un quart de tour vers le haut ou le bas (grâce à nos muscles propinateurs et supinateurs) chaque fois que les bras arrivent au-dessus de la tête ou plus bas que la ceinture. Chez la mouche, ce mouvement peut accroître la portance de 30 à 50% par l'effet Magnus, celui-là même qui permet à une balle de tennis ou un ballon de foot «brossés» de suivre une trajectoire plus longue ou plus courbe qu'un simple coup de raquette ou un «pointu».

Enfin, avant d'entamer un nouveau battement, vers le haut ou le bas, l'aile de la mouche semble suspendre son mouvement l'espace de quelques millisecondes, histoire de profiter au maximum de son passage dans le sillage de l'air accéléré par le battement précédent – sillage dont le potentiel resterait, sans cela, inexploité.

C'est la combinaison de ces trois forces qui fait des insectes des machines volantes inégalées, à côté desquelles nos avions semblent bien patauds et d'une rusticité quasi préhistorique. Il faudra avoir une pensée émue pour la fantastique complexité, la merveilleuse efficacité, les imprévisibles trajectoires et la beauté du vol de la drosophile la prochaine fois que vous vous servirez d'un tape-mouche…