Comment les insectes s’orientent grâce au soleil et la lumière polarisée

Qu’est-ce que la lumière polarisée, et comment certains insectes peuvent-ils la voir ?

La lumière du soleil ne nous parvient pas directement lorsque l’on ne regarde pas directement le soleil. Elle est en partie déviée et diffusée par les molécules présentes dans l’atmosphère de la terre. C’est d’ailleurs pour cela que le ciel autour du soleil nous apparaît bleu, alors que le soleil lui produit une lumière blanche. La lumière à ces endroits est modifiée par l’atmosphère terrestre avant de nous atteindre [1].

La lumière bleue qui nous atteint est donc en partie déviée par l’atmosphère avec un certain angle : on dit qu’elle est polarisée. Pour les humains, cela ne fait pas une grosse différence, nos yeux n’ont pas évolué pour distinguer clairement la lumière polarisée et non polarisée. Mais certains animaux ont dans leurs yeux des cellules capables de déterminer la polarisation de la lumière. C’est le cas de nombreux insectes et notamment des bousiers, des criquets migrateurs et des abeilles sociales [2] [3]. Les abeilles sociales ont même une région entière de leurs yeux composés, celle située sur le dessus, dédiée au captage de la lumière polarisée [4].

Pourquoi ces animaux voient-ils la lumière polarisée ?

Déterminer la polarisation de la lumière permet à ces animaux de déterminer la position du soleil même lorsque ce dernier est caché derrière les nuages. Et avec la position du soleil, ces animaux peuvent déterminer la direction de leur nid, qu’il s’agisse d’une ruche pour les abeilles ou de tunnels pour les bousiers. En plus de cette adaptation, la plupart des animaux qui sont capables de déterminer la polarisation de la lumière ont aussi une bien meilleure vision des ultra-violets que les humains. La raison pour cela semble être que la polarisation de la lumière est plus facile à détecter avec les ultra-violets qui passent mieux à travers les nuages, la brume ou la végétation [5].

La lumière polarisée ne donne cependant pas aux animaux leur position exacte, ni la distance qu’ils doivent parcourir pour retourner à leur nid. Elle leur donne juste une idée de la direction de leur nid par rapport au soleil. Ils associent donc généralement la direction qu’ils obtiennent à partir de la polarisation de la lumière à d’autres informations. Les abeilles par exemple, mesurent le flux optique vu sur leur chemin, c’est à dire une mesure du nombre de changements visuels sur leur chemin, un peu comme si elles comptaient les arbres à l’horizon [6]. D’autres insectes comme les fourmis comptent leurs pas [7]. Les scientifiques désigne souvent le comptage de la distance de ces manières sous le terme d’odomètre, comme pour l’appareil qui compte les kilomètres d’une voiture. Lorsqu’ils sont proches de leurs nids, ces animaux utilisent généralement leur mémoire pour retrouver précisément l’entrée de leur nid, par exemple les abeilles utilisent des repères situés sur ou derrière leur ruche pour retrouver l’entrée.

Comment les insectes suivent-ils la bonne direction alors que le soleil bouge ?

Comme le soleil bouge, vous vous demandez peut-être pourquoi les abeilles, bousiers et fourmis peuvent utiliser le soleil pour retrouver leur nid. Et bien ces insectes sont aussi généralement capables de corriger leur direction en fonction du temps qui s’écoule lorsqu’ils sont hors du nid [8]. Les abeilles peuvent en effet passer de longues minutes à récolter du nectar et du pollen, et voler parfois à plus de 3km de leur nid. Le soleil bouge assez rapidement, et elle doivent donc corriger leur direction en fonction de la nouvelle position du soleil.

Comment les insectes nocturnes parviennent-ils tout de même à naviguer ?

De nombreux scarabées et certaines abeilles tropicales naviguent la nuit. Forcément, la nuit, il n’y a pas de soleil. Cependant, une lumière faible est émise depuis la lune et les étoiles qui reflètent la lumière du soleil lorsqu’il est situé de l’autre côté de notre globe. Cette lumière extrêmement faible est elle aussi polarisée par l’atmosphère terrestre. Les insectes nocturnes ou crépusculaires peuvent donc aussi l’utiliser pour naviguer. Il semblerait d’ailleurs que les insectes nocturnes aient des cellules réceptrices adaptée principalement à la lumière polarisée verte, qui est mieux visible que la lumière ultra-violette durant la nuit [9].

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[1] Cour de physique du professeur Hafner, disponible sur youtube, en anglais.

[2] Frisch, K. V. (1993). The dance language and orientation of bees. Harvard University Press.

[3] Kraft, P., Evangelista, C., Dacke, M., Labhart, T., & Srinivasan, M. V. (2011). Honeybee navigation : following routes using polarized-light cues. Philosophical Transactions of the Royal Society B : Biological Sciences, 366(1565), 703-708.

[4] Wehner, R., & Strasser, S. (1985). The POL area of the honey bee’s eye : behavioural evidence. Physiological entomology, 10(3), 337-349.

[5] Brines, M. L., & Gould, J. L. (1982). Skylight polarization patterns and animal orientation. Journal of Experimental Biology, 96(1), 69-91.

[6] Esch, H. E., & Burns, J. E. (1995). Honeybees use optic flow to measure the distance of a food source.

[7] Wittlinger, M., Wehner, R., & Wolf, H. (2006). The ant odometer : stepping on stilts and stumps. science, 312(5782), 1965-1967.

[8] Lindauer, M. (1960, January). Time-compensated sun orientation in bees. In Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology (Vol. 25, pp. 371-377). Cold Spring Harbor Laboratory Press.

[9] Yilmaz, A., Belušič, G., J Foster, J., Tocco, C., Khaldy, L., & Dacke, M. (2024). Polarisation vision in the dark : green-sensitive photoreceptors in the nocturnal ball-rolling dung beetle Escarabaeus satyrus. Journal of Experimental Biology, 227(4).