Sur le lac Léman, une silhouette grise de la taille d’une mouette fend la surface de l’eau. Huit à dix battements d’ailes plus tard, sans un geste de patte ni le moindre jet propulseur, elle jaillit dans les airs et prend son envol.

Ce n’est ni un animal ni un jouet radiocommandé, mais un robot qui nage et vole, de moins de 300 grammes, conçu par des ingénieurs du MIT et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Baptisé FAAV, pour véhicule aérien et aquatique à ailes battantes, il vient de réussir ce qu’aucune machine de cette taille n’avait accompli avant lui : nager, plonger, puis s’envoler avec la même paire d’ailes, sans changer de mécanisme entre les deux milieux. Les résultats, publiés le 9 juillet dans la revue Science, intriguent autant les roboticiens que les océanographes.

Illustration : le robot juste avant de jaillir de la surface du lac Léman, ailes déployées (crédit : Raphael Zufferey / MIT, rapporté par New Atlas).

Nager et voler : un problème que la physique semblait interdire

Voler et nager exigent des qualités contraires. Un objet fait pour prendre l’air a besoin de grandes surfaces, comme des ailes, pour générer de la portance, la force qui le pousse vers le haut. Sous l’eau, ces mêmes surfaces deviennent un handicap : elles freinent, elles pèsent, elles cassent au moindre choc avec une vague. Depuis une dizaine d’années, plusieurs laboratoires ont tenté de contourner cette contradiction en équipant leurs prototypes de deux systèmes distincts, l’un pour plonger, l’autre pour décoller, quitte à multiplier les pièces mobiles et les points de fragilité.

L’équipe de Raphael Zufferey, professeur assistant de génie mécanique au MIT et responsable du laboratoire AURA, a choisi une autre voie : observer comment la nature a déjà résolu le problème. Une centaine d’espèces d’oiseaux, du puffin au plongeon en passant par le martin-pêcheur, savent nager et voler sans jamais changer d’organe. « Il existe une solution dans la nature, il fallait juste comprendre comment l’adapter », résume le chercheur.

Ce que les oiseaux plongeurs ont révélé

En étudiant la littérature scientifique sur ces espèces, l’équipe a constaté un fait qui n’allait pas de soi : les petits oiseaux plongeurs ne changent pas de technique en passant d’un milieu à l’autre. Ils gardent le même battement d’ailes, seulement ralenti sous l’eau, autour de 4 battements par seconde contre près de 10 dans les airs. Le robot reprend ce principe à l’identique. Ses ailes, recouvertes d’une fine membrane traitée avec des nanoparticules hydrophobes, des particules microscopiques qui repoussent l’eau comme la plume d’un canard, battent entre 0,1 et 6 fois par seconde sous l’eau et jusqu’à 11 fois par seconde dans l’air. Une queue orientable ajuste l’angle de sortie, réglé à 70 degrés : un angle trop faible piège le bout des ailes à la surface, un angle trop prononcé fait basculer l’appareil vers l’arrière.

Le résultat surprend même ses concepteurs. La plupart des oiseaux plongeurs prennent appui sur l’eau avec leurs pattes avant de décoller. Le robot, lui, n’en a pas besoin : huit à dix battements suffisent pour l’arracher à la surface en moins d’une seconde, à environ un mètre par seconde sous l’eau et six mètres par seconde en vol. « Si l’on regarde les oiseaux, la plupart doivent pagayer en surface pour décoller. Il se trouve que nous, non », observe Raphael Zufferey.

Océans surveillés depuis un bateau : le vrai coût de la donnée

Aujourd’hui, la collecte de données océaniques, température, salinité, présence de telle espèce, repose encore largement sur des navires de recherche habités et sur des planeurs sous-marins, des robots sans pilote qui se déplacent sous l’eau pendant des semaines en modifiant simplement leur flottabilité. Les deux méthodes ont fait leurs preuves, mais à un prix. Une étude scientifique sur le suivi des écosystèmes arctiques par planeurs océaniques, hébergée sur les serveurs de la bibliothèque nationale de médecine américaine, le rappelle sans détour : la portée des campagnes classiques reste limitée « en raison, entre autres, de la durée et du coût des sorties en mer ». C’est précisément cette contrainte que le robot de Zufferey vise à contourner : construit pour environ 300 dollars de matériel disponible dans le commerce, avec des plans de fabrication rendus publics, il pourrait être lancé depuis une plage ou un canot pour prélever un échantillon à la volée et revenir le livrer, sans mobiliser un équipage pendant des heures.

Mais l’écart avec les technologies existantes reste immense, et aucun test direct ne l’a encore mesuré. Les planeurs sous-marins actuels, eux, opèrent déjà seuls, sans pilote, pendant des semaines voire des mois, sur des milliers de kilomètres. Le FAAV, lui, n’a pour l’instant volé et nagé qu’en eau douce, lors d’essais menés en bassin puis sur le lac Léman, lancé et piloté manuellement par les chercheurs. Aucune autonomie de navigation, aucun capteur scientifique embarqué, aucun test en mer salée ou par temps agité n’a encore été démontré. Rien ne garantit, à ce stade, que le prototype résistera aux conditions qui rendent le travail des planeurs si précieux.

Ce que ce petit robot change pour la recherche

La portée de cette prouesse dépasse le seul exploit technique. En choisissant de copier fidèlement un geste biologique plutôt que d’ajouter un mécanisme, l’équipe du MIT et de l’EPFL renverse une habitude bien ancrée en robotique : empiler des systèmes spécialisés pour chaque contrainte, comme le rappelle une autre expérience récente, celle du robot-oursin Argus de l’université Duke, qui avait renoncé à l’idée même d’un avant et d’un arrière pour gagner en mobilité. Un robot plus simple, c’est aussi un robot moins cher à fabriquer, plus facile à réparer et plus rapide à produire en série, trois qualités décisives si l’on veut un jour multiplier ces engins par dizaines pour couvrir un littoral ou surveiller une zone de pêche. La publication en libre accès des plans numériques qui permettent à quiconque de fabriquer les pièces avec une imprimante 3D pousse cette logique jusqu’au bout : n’importe quel laboratoire, même sans gros budget, peut reproduire l’appareil.

Les limites d’un prototype encore jeune

Le chemin vers un usage réel reste long. L’équipe reconnaît elle-même que le robot ne sait pas encore virer ni corriger sa trajectoire, une lacune critique pour naviguer près d’une côte rocheuse ou dans le sillage d’un bateau. Le vent et le clapot, ces petites vagues courtes formées par le vent et absentes des essais menés jusqu’ici, pourraient compliquer une transition qui exige déjà un angle de sortie précis à quelques degrés près. Et rien n’indique, pour l’instant, quelle charge utile, capteur de température, caméra, échantillonneur d’eau, l’appareil pourra réellement transporter une fois équipé pour une vraie mission scientifique. Cette flexibilité des ailes, poussée à l’extrême pour absorber les contraintes de l’eau, fait d’ailleurs écho à une autre piste explorée ailleurs en robotique : celle des muscles souples à base de métal liquide, qui cherchent elles aussi à remplacer des mécanismes rigides par des matériaux qui se déforment intelligemment.

Les prochaines étapes de l’équipe portent justement sur ces points : des ailes capables de se tordre pour diriger l’appareil, des essais en mer salée et par vent fort, puis une autonomie de navigation qui permettrait enfin de se passer d’un opérateur sur la rive. D’ici là, la scène du lac Léman restera ce qu’elle est : la preuve qu’un vieux geste d’oiseau, patiemment décortiqué, peut encore inspirer une machine capable de faire ce qu’aucune autre de sa taille n’avait réussi.

Sources

L’étude complète, « Leaping out of the water: Aerial-aquatic locomotion with flapping wings », est publiée dans la revue Science.

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