Les chauves-souris sont les seuls mammifères à avoir atteint des vols propulsés et battants. Bien que les chauves-souris volent, leur anatomie est plus étroitement liée aux humains qu’aux oiseaux. Pour pouvoir comprendre comment les chauves-souris volent, il faut d’abord considérer l’anatomie de leurs ailes.
Les ailes de chauve-souris sont très articulées, avec plus de deux douzaines d’articulations indépendantes et une fine membrane flexible les recouvrant. Leurs ailes ont une structure similaire à celle du bras et de la main humains, comme indiqué sur l’image.
Les os de la main et les quatre doigts sont très allongés, légers et minces pour fournir un soutien et pour manipuler la membrane de l’aile appelée patagium. Le deuxième chiffre, les parties proximales du troisième chiffre et le dactylopatagium medius composent le bord d’attaque du vent qui est généralement raide tandis que le troisième doigt forme le bout de l’aile. Quant au bord de fuite de l’aile, il n’est pas supporté. Cette configuration des ailes sert de profil aérodynamique mince avec un carrossage très élevé, permettant à la chauve-souris de bien voler dans des conditions de portance élevée et à basse vitesse.
Ainsi, le patagium, qui ne peut supporter que des charges de traction, se compose de deux fines couches de peau avec des nerfs, des tendons et des vaisseaux sanguins à haute densité. Les fibres élastiques à l’intérieur du patagium augmentent la flexibilité et peuvent stocker de l’énergie. Un fait intéressant à propos du patagium est qu’il est exempt de fourrure et les scientifiques pensent que cette adaptation vise à faciliter la circulation de l’air.
Le vol de chauve-souris est considéré comme l’une des formes de locomotion les plus complexes, impliquant l’interaction d’un squelette d’aile très articulé et d’une membrane extrêmement flexible. Les chauves-souris ont des muscles uniques dans le patagium, la poitrine et le dos pour alimenter l’aile pendant le vol.
Pour suivre avec précision la position et la forme des os tout au long de la course de l’aile, les chercheurs ont placé des marqueurs réfléchissants sur les articulations, le long des os et à des points clés de la membrane de l’aile.
Contrairement aux oiseaux et aux insectes qui peuvent plier et faire pivoter leurs ailes pendant le vol, les chauves-souris ont beaucoup plus d’options. Leur peau flexible peut capter l’air et générer une portance ou réduire la traînée de différentes manières. Pendant le vol simple, l’aile est principalement étendue pour la course vers le bas, mais la surface de l’aile se courbe beaucoup plus que celle d’un oiseau – ce qui donne aux chauves-souris une plus grande portance pour moins d’énergie. Pendant la course ascendante, les chauves-souris replient les ailes beaucoup plus près de leur corps que les autres animaux volants, ce qui réduit potentiellement la traînée qu’elles subissent. La flexibilité extraordinaire de l’aile permet également aux animaux de faire des virages à 180 degrés sur une distance de moins d’une demi-envergure. Cette flexibilité peut être fondamentale pour le vol chiroptéen, permettant une génération de portance améliorée ainsi qu’une réduction de poids. Pendant le battement, les ailes poussent contre l’air ramant la chauve-souris dans les airs. Le mouvement vers l’avant est généré parce que l’animal change l’angle auquel les ailes passent dans l’air, et la forme de ses ailes, sur les coups de haut en bas. Ainsi, l’aile est large contre l’air sur la course vers le bas mais inclinée pour glisser à travers elle avec le minimum de résistance sur la course vers le haut.
Selon les observations effectuées, l’aérodynamique des coups de chauve-souris est assez différente de celle des oiseaux et des insectes. Pendant la descente, le vortex qui génère beaucoup plus de portance en vol battant, suit de près le bout de l’aile de l’animal. Dans la course ascendante, le vortex semble être entièrement évacué d’un autre endroit, peut-être de l’articulation du poignet de l’animal.
Ce motif inhabituel résulte très probablement de la grande flexibilité et de l’articulation des ailes de la chauve-souris, mais il semble également contribuer à une économie substantielle de l’énergie dépensée par l’animal.
Tout au long des expériences menées pour déchiffrer le mécanisme de vol des chauves-souris, les chercheurs ont également remarqué des différences distinctes entre les chauves-souris et les oiseaux. Au lieu de plumes se projetant en arrière à partir d’os de bras et de mains légers et fusionnés, les chauves-souris ont des membranes souples et élastiques qui s’étendent entre les os minces et particulièrement étendus de la main. De plus, les os et la membrane des ailes de la chauve-souris changent de forme à chaque battement d’aile, fléchissant en réponse aux forces d’équilibre appliquées par les muscles et aux forces concurrentes dues au mouvement de l’air autour d’eux.
De plus, contrairement aux ailes d’oiseau, la membrane des ailes de chauve-souris doit être maintenue sous tension sous peine de battre inutilement. En tant que tel, il y a des limites à la mesure dans laquelle l’aile peut être pliée pendant le vol. Enfin, pendant la course ascendante, les oiseaux plument leurs ailes, mais les chauves-souris doivent faire quelque chose de différent et finalement, elles ont développé une trajectoire d’aile en torsion qui augmente la portance pendant la course ascendante.
Enfin, un point important concernant les ailes des chauves-souris est qu’elles ne sont pas conçues pour décoller et que pour décoller, elles doivent tomber d’un endroit élevé. Cette caractéristique des ailes de chauve-souris pourrait être la raison pour laquelle les chauves-souris dorment à l’envers. Pour pouvoir dormir à l’envers toute la journée sans utiliser d’énergie supplémentaire, les chauves-souris ont développé un mécanisme de serrage dans leurs griffes postérieures basé sur la gravité.