Déploiement des ailes de Drosophile

Wing expansion in Drosophila melanogaster

• Auteur / Autrice : Simon Hadjaje
• Direction : Yoël Forterre, Joël Marthelot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique et Physique des Fluides
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IUSTI - INSTITUT UNIVERSITAIRE DES SYSTEMES THERMIQUES INDUSTRIELS
• Jury : Président / Présidente : Arezki Boudaoud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Delanoe-ayari, Philippe Marmottant, Dominic Vella, Yoël Forterre, Joël Marthelot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Delanoe-ayari, Philippe Marmottant

Mots clés

Mots clés libres

Morphogenèse

Bio-inspiration

Bio-mécanique

Interaction fluide-structure

Robotique flexible

Morphogenesis

Bioinspiration

Biomechanics

Fluid-structure interaction

Soft robotics

Résumé

Au cours de leur transformation finale, les insectes sortent de la case pupale et déploient leurs ailes en quelques minutes. Les ailes se déploient à partir d'une structure compacte en origami, pour former un plan, rigide et fonctionnelle qui permet à l'insecte de voler. Le déploiement est rendu possible par une augmentation rapide de la pression interne et par l'écoulement subséquent de l'hémolymphe dans la structure de l'aile qui se déploie. En utilisant une combinaison de techniques d'imagerie, nous caractérisons la structure interne et externe de l'aile de la Drosophile melanogaster, la cinématique de déploiement à l'échelle de l'organe et l'écoulement de l'hémolymphe pendant le déploiement. Nous constatons qu'au-delà du simple déploiement des plis macroscopiques, le déploiement de l'aile implique également une expansion de la surface cellulaire et le déploiement de rides microscopiques dans la cuticule enveloppant l'aile. Un modèle quantitatif de calcul, intégrant des mesures mécaniques des propriétés viscoélastiques et de la microstructure de l'aile, prédit l'existence d'un point de fonctionnement pour le déploiement et capture la dynamique de l'expansion. Ce modèle suggère que les insectes exploitent les non-linéarités matérielles et géométriques pour parvenir à une reconfiguration rapide et efficace des structures souples déployables.

During their final transformation, insects emerge from the pupal case and deploy their wings within minutes. The wings deploy from a compact origami structure, to form a planar, rigid and functional blade that allows the insect to fly. The deployment is powered by a rapid increase in internal pressure, and by the subsequent flow of hemolymph into the deployable wing structure. Using a combination of imaging techniques, we characterize the internal and external structure of the wing in Drosophila melanogaster, the unfolding kinematics at the organ scale, and the hemolymph flow during deployment. We find that beyond the mere unfolding of the macroscopic folds, wing deployment also involves an expansion of cell surface and the unfolding of microscopic wrinkles in the cuticle enveloping the wing. A quantitative computational model, incorporating mechanical measurements of the viscoelastic properties and microstructure of the wing, predicts the existence of an operating point for deployment and captures the dynamics of expansion. This model suggests that insects exploit material and geometric nonlinearities to achieve rapid and efficient reconfiguration of soft deployable structures.