Des ingénieurs du Michigan ont conçu cet émetteur radio de 20 milligrammes pour le fixer sur des guêpes vivantes et comprendre leurs interactions sociales
Les scientifiques ignorent encore beaucoup de choses sur la façon dont les insectes occupent leur temps, mais cela mérite d’être étudié. Les insectes jouent un rôle essentiel dans les chaînes alimentaires et pollinisent nos cultures. Les insectes sociaux ont beaucoup à nous apprendre sur les bases de la formation des amitiés et de la communication. Une balise radiofréquence ultralégère, conçue pour être portée par une guêpe de papier, pourrait permettre aux scientifiques d’obtenir des informations comportementales fondamentales longtemps restées sans réponse : où vont ces animaux lorsqu’ils quittent le nid ?
Cette étiquette ne pèse que 20 milligrammes, soit environ un tiers du poids d’une goutte d’eau. Elle a été présentée le 18 février à la conférence internationale IEEE sur les circuits intégrés à l’état solide de San Francisco par Yi Shen , doctorant travaillant au sein du laboratoire de David Blaauw, ingénieur électricien à l’Université du Michigan. Hun-Seok Kim, informaticien à l’Université du Michigan, a développé des algorithmes de localisation pour faciliter le repérage de l’étiquette. Leur défi consistait à concevoir un émetteur ultraléger doté d’une portée suffisante (1,45 kilomètre) et d’une précision de 0,9 mètre pour localiser ces minuscules insectes.
Ils ne sont pas les seuls à chercher à concevoir des traceurs plus précis et moins intrusifs pour les petits animaux. Cellular Tracking Technologies (CTT), une entreprise de Cape May, dans le New Jersey, commercialise un traceur de 60 mg utilisé pour suivre les migrations des papillons monarques. Ce traceur utilise des cellules photovoltaïques associées à un condensateur et transmet un signal Bluetooth. Une application permet à chacun de contribuer au suivi des papillons. D’autres versions du traceur sont conçues pour être portées par les chauves-souris nocturnes et sont équipées de batteries . Pour suivre les oiseaux qui se déplacent aussi bien la nuit que le jour, CTT fabrique des systèmes combinant cellules photovoltaïques et batterie rechargeable .
Ce que veulent les guêpes
Mais même 60 mg suffiraient à alourdir une guêpe. « Tous les animaux suivis jusqu’à présent sont bien plus gros qu’une guêpe », explique Elizabeth Tibbetts , qui étudie leur comportement et leur évolution à l’Université du Michigan. Tibbetts a conseillé Blaauw sur la conception de leur dispositif.
Les abeilles et les papillons sont très populaires, mais « on oublie souvent les guêpes », déplore Tibbetts. Les guêpes polistes sont de précieuses alliées pour les jardiniers. Ces pollinisatrices se nourrissent de nectar et de chenilles. De plus, elles ne piquent généralement pas les humains.
Elles ont une vie sociale complexe et peuvent même se reconnaître entre elles. Tibbetts explique que la vie est différente lorsqu’on sait qu’une guêpe s’appelle Diana et l’autre Susan, par opposition à une vie où « tout le monde n’est qu’une guêpe parmi d’autres ». Les guêpes nouent des amitiés et forment des alliances, même si certaines sont solitaires. Au printemps, à leur sortie d’hibernation, des groupes d’une dizaine de guêpes se rassemblent, se battent, s’observent mutuellement et décident avec quelles congénères elles vont former des groupes coopératifs. Certaines choisissent de rester seules.
Tibbetts explique que, grâce à ses collègues chercheurs, elle a pu observer ces comportements complexes car les guêpes retournent généralement à leur nid. Les chercheurs identifient les individus en leur apposant des points de couleur. « Nous ignorons tout de leurs activités lorsqu’elles ne sont pas à leur nid », précise-t-elle. Parfois, elles ne reviennent pas. Susan est-elle morte, a-t-elle fondé un nouveau nid ou a-t-elle rejoint un autre ? Tibbetts espère le découvrir grâce à un dispositif de suivi adapté.
Les guêpes de papier pèsent environ 125 milligrammes. Elles peuvent transporter de lourdes charges, comme les chenilles, jusqu’à leur nid. Blaauw et Shen ont donc cherché à concevoir une étiquette aussi légère que possible, afin que les guêpes puissent butiner librement. Il fallait également s’assurer qu’elle ne perturbe pas l’aérodynamisme de l’insecte ; l’étiquette devait donc être à la fois petite et légère.
Brendan Casey
Trouver la combinaison idéale de légèreté, de portée et de précision de positionnement était essentiel. Supprimer la batterie était la première étape. « Les batteries ne sont pas miniaturisables », explique Blaauw. Une batterie miniaturisée ne peut pas fournir un courant suffisant pour générer un signal radio puissant. Les condensateurs, qui stockent l’énergie en accumulant des charges à leur surface, sont plus performants à petite échelle, précise Blaauw. « De très petits condensateurs peuvent désormais stocker suffisamment de charge pour envoyer une impulsion radio », ajoute-t-il. Le condensateur utilisé dans la balise pour guêpes ne pèse que 0,86 mg. Un minuscule panneau photovoltaïque le charge lentement jusqu’à ce qu’il dispose de suffisamment d’énergie pour générer un signal radio.
La nécessité de miniaturiser drastiquement l’ensemble du système a imposé des contraintes à la conception du circuit, explique Shen. Lors de la transmission, le signal peut interférer avec d’autres parties du circuit, notamment le contrôleur et l’oscillateur. Ces éléments sont donc isolés du reste du circuit pendant la transmission. Blaauw précise que la conception du circuit pour une application biologique spécifique les a amenés à élaborer de nouvelles idées de conception auxquelles ils n’auraient pas pensé autrement. « Ce problème nous a conduits à des innovations dans le domaine des circuits », conclut Blaauw.
Michael Lanzone , biologiste comportemental et PDG de CTT, affirme que l’étiquette apposée sur la guêpe est impressionnante. « Une étiquette de cette importance nous donne à tous un objectif à atteindre », déclare-t-il.
L’étiquette sur la carte de programmation. Yi Shen et David Blaauw
Shen explique que, les guêpes de papier n’étant actives que durant les mois chauds, l’équipe s’est empressée de tester son émetteur sur l’un de ces pollinisateurs afin de soumettre ses travaux à l’ISSCC (International Solid-State Circuits Conference). Outre la conception des circuits, ils ont utilisé des scanners CT d’une guêpe pour s’assurer que la balise s’adapterait à l’insecte et ne perturberait pas son aérodynamisme. Un collaborateur du département de biologie a enfilé deux paires de gants pour bloquer le dard de la guêpe et a fixé la balise. L’équipe a ensuite emmené l’animal à l’extérieur, et celui-ci a rapidement disparu de leur vue pendant qu’ils le suivaient sur environ un kilomètre et demi. Pour l’instant, tout se déroule comme prévu. Cet été, ils espèrent mener d’autres tests.
Lanzone espère que la technologie de l’Université du Michigan obtiendra des financements et que le dispositif sera perfectionné afin d’être mis à la disposition des chercheurs. « Les laboratoires universitaires produisent souvent des technologies fascinantes, mais ensuite, on n’en entend plus parler. Je suis impatient de voir s’ils parviendront à la développer davantage. »
« J’espère que ça va marcher — ça va être tellement amusant de l’utiliser sur les guêpes », déclare Tibbetts.
