Les chauves-souris insectivores utilisent des tons ultrasonores pour trouver leur proie : elles émettent des tons qui vont de 18 à plus de 150 kHz (les humains peuvent enregistrer jusqu’à 20 kHz), et elles écoutent les échos de retour pour localiser et caractériser leur proie. Les chauves-souris analysent les changements de la modulation d'amplitude de l'écho afin de localiser les insectes. Le mouvement des ailes des insectes pendant le vol provoque un changement dans l'écho, donc chaque fois qu'un insecte bat des ailes, il révèle sa position aux prédateurs.
En termes de biologie évolutive, les papillons de nuit et les chauves-souris sont engagés dans une course aux armements évolutive. Pour se défendre contre la tactique de ciblage des chauves-souris, les papillons de nuit ont développé un organe tympanique qui leur permet d'entendre les appels ultrasonores des chauves-souris et de déclencher un comportement d'évasion ou une réponse acoustique. Notre équipe est intéressée par l'analyse des effets des réponses comportementales que les papillons de nuit affichent en réaction aux signaux de ciblage des chauves-souris.
Notre recherche est menée dans la forêt tropicale de l'Équateur, où il peut y avoir 110 espèces de chauves-souris et des centaines d'espèces de papillons de nuit au même endroit. Afin d'explorer la relation chauve-souris/papillon de nuit, nous avons dû acheter et construire un certain nombre de microphones et de haut-parleurs à ultrasons différents. Et comme nos expériences impliquent des lectures et l'enregistrement de l'écho retourné, nous devons travailler dans un environnement non réverbérant pour certaines analyses et dans un environnement très réverbérant pour d'autres.
Chaque année, nous allons sur le terrain, assemblons notre tunnel de vol et commençons notre nuit de travail. Une fois que nous avons capturé nos papillons de nuit, le vrai travail commence. Les papillons de nuit sont placés à l'intérieur du tunnel pour restreindre le vol, afin que nous puissions réaliser des vidéos à haute vitesse tout en répondant à une lecture de tons ultrasonores et d'appels de chauves-souris. Le tunnel de vol est équipé de microphones à ultrasons pour enregistrer l'écho retourné du papillon de nuit, ou en d'autres termes, le signal qu'une chauve-souris percevrait.
Pour obtenir des données précises, nous avons dû concevoir et construire une chambre de réverbération à petite échelle pour mener des expériences avec les ailes de papillon de nuit. Notre conception était basée sur une conception précédente (Zeng et al., 2011 ; Ntelezos et al., 2017) où ils utilisaient des diffuseurs à racines primitives modifiés par Cox et D’Antonio qui sont basés sur la fréquence avec laquelle nous allons travailler, composés de puits de même largeur et de profondeurs différentes.
Il est difficile de travailler avec les ultrasons ; nous ne réalisons même pas que même les clés qui grincent dans nos poches, les détecteurs de mouvement pour allumer les lumières et même certaines lumières elles-mêmes, produisent des ultrasons. Ainsi, afin de travailler dans un environnement sans bruit, nous avons dû construire une chambre anéchoïque dans laquelle placer notre chambre de réverbération. La conception de la chambre dans la chambre offre également une isolation électrique puisque les connexions électriques locales ne sont pas toujours correctement isolées.
Nous avons découvert que les papillons de nuit présentent une réponse d'effroi acoustique lorsqu'ils sont exposés aux cris des chauves-souris : ils changent la position de leur corps et de leurs ailes et font une pause en vol pendant un moment. Cette réaction provoque une réduction de la modulation d'amplitude dans l'écho de retour. Pendant un moment, le papillon est capable de se cacher, acoustiquement, des chauves-souris insectivores affamées.
Fait intéressant, après un examen plus approfondi des vidéos, nous remarquons que lorsque les papillons de nuit présentent cette réponse, ils tournent également leurs ailes. Ce comportement soulève deux questions : pourquoi les papillons de nuit tournent-ils leurs ailes, et les ailes jouent-elles un rôle dans la réduction de la modulation acoustique ?
Nous sommes en train de faire des expériences et d'analyser les ailes d'un certain nombre d'espèces de papillons de nuit différentes. Jusqu'à présent, nous constatons que, en fait, les ailes des papillons de nuit absorbent les ultrasons et que la fréquence principale à laquelle l'amplitude est réduite semble être différente selon les espèces. Nous avons également commencé à étudier l'anatomie des ailes ; il est étonnant de voir la structure des écailles au microscope - elles ressemblent à la mousse acoustique utilisée dans les chambres anéchoïques. Cela peut faire partie d'une stratégie anti-chauve-souris que les papillons de nuit ont développée pour éviter d'être détectés et, plus important pour eux, mangés par les chauves-souris.
Les diffuseurs peuvent être utilisés pour neutraliser les échos. Ils peuvent être particulièrement utiles car ils réfléchissent les ondes sonores dans de nombreuses directions pour créer un champ diffus, empêchant les échos sans réduire l'énergie sonore.
Les diffuseurs à racine primitive utilisés dans cette chambre consistent en une série de puits de même largeur et de profondeurs différentes et ont été conçus en utilisant une séquence de théorie des nombres basée sur des racines primitives dérivées de la fréquence cible.
La chambre de réverbération utilise deux types de diffuseurs : des diffuseurs empiriques qui ne sont rien de plus que des demi-sphères en verre, et des diffuseurs primitifs modifiés. La chambre abrite également un microphone à ultrasons et deux haut-parleurs à ultrasons. Carlos Ramos, de l'Universidad de las Americas à Quito, est l'ingénieur acoustique chargé d'exécuter le code pour produire notre signal et s'assurer que nos composants acoustiques techniques fonctionnent correctement.
Les résultats ont également ouvert une deuxième ligne de recherche passionnante basée sur l'analyse des qualités d'absorption des ultrasons des ailes de papillon. Nous continuons à travailler avec notre hypothèse selon laquelle les écailles des ailes sont les structures jouant un rôle actif dans l'absorption des ultrasons.
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