Pourquoi les araignées volent-elles alors qu'elles n'ont pas d'ailes ?
― Ce n'est peut-être pas seulement le vent qui soulève le fil, mais aussi « l'électricité du ciel »
Toutes jeunes, de minuscules araignées produisent du fil au bout de leur abdomen et s'envolent dans les airs. Certaines ont été retrouvées sur des navires en pleine mer, à plus de 100 km des côtes. On a longtemps cru qu'elles se contentaient de « planer sur le vent », mais on découvre aujourd'hui qu'une faible électricité, présente même par ciel clair, contribue à soulever leur fil.
Par un matin d'automne ensoleillé, il arrive que les talus des rizières ou les prairies brillent d'un éclat argenté. En s'approchant, on découvre de fins fils accrochés partout.
Ce ne sont pas des toiles. Ce sont les traces laissées par de petites araignées qui viennent de s'envoler, ou qui redescendent du ciel.
Comment des araignées, sans ailes ni plumes, peuvent-elles voler ? On les voit même s'envoler par des jours presque sans vent.
Deux raisons expliquent ce phénomène
Le sol porte une charge négative, le ciel une charge positive. Résultat : à chaque mètre d'altitude gagné, le potentiel électrique augmente d'environ 100 volts.
Les poils fins des pattes de l'araignée réagissent à cette pente électrique. Le fil, chargé électriquement, subit alors une force vers le haut. Comme le corps est extrêmement léger, cette force suffit à le soulever.
Un être humain qui tenterait la même chose n'aurait aucune chance. Voyons d'où vient cette différence.
Le ciel cache une « pente électrique » invisible
Même par temps calme et sans pluie, l'air contient une pente électrique. Le sol porte une charge négative. La couche conductrice tout en haut de l'atmosphère serait environ 250 000 volts plus « haute » que le sol.
En moyennant cet écart, on obtient une pente d'environ 100 à 150 volts par mètre près du sol. Entre notre tête et nos pieds, il existe donc une différence de plus de 100 volts. Mais notre corps conduit bien l'électricité, si bien que nous ne sentons rien.
Ce qui compte, c'est que cette pente devient beaucoup plus raide à la pointe des objets effilés. Comme le montre la figure 1 (à gauche), les lignes de champ électrique se concentrent au bout des brins d'herbe ou des branches. Si les araignées grimpent tout en haut d'un brin d'herbe ou d'une clôture avant de s'envoler, c'est peut-être justement pour choisir cet endroit précis.
L'araignée sent l'électricité pour s'envoler, et sa légèreté fait le reste
En 2018, des chercheurs britanniques ont mené une expérience. Ils ont placé des araignées dans une boîte à l'abri du vent, où ils ont recréé une pente électrique semblable à celle d'un ciel clair.
Dès qu'on activait le champ électrique, l'araignée tendait ses pattes, levait son abdomen bien haut et émettait du fil : la posture typique qui précède l'envol. Puis, sans le moindre souffle d'air, elle s'élevait doucement. Quand on coupait le champ, elle redescendait.
Les pattes de l'araignée portent des poils sensoriels extrêmement fins. On a pu vérifier que ces poils se redressent sous l'effet de la pente électrique. On pense donc que l'araignée perçoit « avec ses pattes » non seulement le vent, mais aussi l'état électrique du ciel.
L'autre facteur décisif est la légèreté du corps. La plupart des araignées volantes sont de jeunes individus pesant environ 1 milligramme. À un poids aussi faible, même une charge électrique minime portée par le fil suffit à contrebalancer le poids. Pour un être humain de 60 kg, il faudrait, dans les mêmes conditions, 60 millions de fois plus d'électricité : une quantité totalement impossible à atteindre en pratique.
Une araignée qui s'envole n'émet pas un seul fil, mais plusieurs à la fois. On observe que ces fils ne s'emmêlent pas et s'ouvrent en éventail. Comme des charges de même signe se repoussent, ce comportement est considéré comme un indice que le fil est bien chargé électriquement.
Des expériences ont montré que les bourdons perçoivent, grâce aux poils de leur corps, la faible électricité présente autour des fleurs, ce qui les aide à repérer celles qui contiennent du nectar. Là où l'humain ne sent rien, ces petits animaux utilisent l'électricité de l'air comme une véritable source d'information.
En résumé
Le ciel porte en permanence une pente électrique d'environ 100 volts par mètre. Les jeunes araignées la perçoivent grâce aux poils de leurs pattes, grimpent au bout d'un brin d'herbe et émettent leur fil. Chargé électriquement, ce fil subit une force vers le haut, suffisante pour soulever un corps d'environ 1 milligramme. En combinant vent et électricité, les araignées parviendraient ainsi à parcourir des centaines de kilomètres.
Ce n'est pas une aile qui porte l'araignée dans les airs, mais sa légèreté.
Plus le corps est petit, plus la faible électricité du ciel peut lui servir « d'aile ».
Sur d'autres animaux sensibles à l'électricité, lisez aussi l'article sur le requin qui repère ses proies sous le sable grâce à l'électricité. Sur la manière dont l'électricité s'accumule, voir l'article sur l'électricité statique en hiver. Pour l'orientation des animaux qui parcourent de longues distances, voir l'article sur la migration des oiseaux.
- Par un matin d'automne ensoleillé et peu venteux, peu après le lever du soleil, observez une prairie ou un talus de rizière en biais par rapport au soleil. Les fils peuvent scintiller à la lumière.
- Regardez attentivement le sommet des brins d'herbe ou des piquets de clôture. Si vous voyez une petite araignée l'abdomen dressé vers le haut, c'est la posture juste avant l'envol.
- Frottez une règle en plastique avec un mouchoir en papier pour l'électriser, puis approchez-la d'une bande de papier fin déchirée en lanières. En observant les lanières s'ouvrir en éventail ou se faire attirer, vous constaterez que plus un objet est léger, plus il est sensible à la force électrique.
Contentez-vous d'observer les araignées, sans les attraper. L'envol ne dure souvent que quelques secondes : la patience est la clé.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuelsDu niveau collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, chaque niveau est indiqué clairement
- CollègeNotions vues en sciences au collège
- LycéeNotions vues en physique au lycée
- Lycée+Notions avancées du lycée, ou traitées en encadré dans les manuels
- UniversitéNotions non vues au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (électricité atmosphérique, physiologie sensorielle)
- RechercheSujets qui ne sont même pas enseignés comme « établis » à l'université, encore en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène porte un nom
- Ballooning (déplacement aérien) : le fait pour une araignée d'émettre du fil et d'être transportée dans les airs. Les jeunes araignées y ont recours pour se disperser loin de leur lieu de naissance.
- Champ électrique atmosphérique (gradient de potentiel) : la pente électrique présente dans l'air par ciel clair. Près du sol, elle est estimée à environ 100–150 volts par mètre.
- Poils sensoriels (trichobothries) : des poils extrêmement fins et légers sur les pattes de l'araignée. Ils bougent sous l'effet du vent ou de la pente électrique, et transmettent cette information aux nerfs.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien d'électricité faut-il pour faire flotter une araignée ?
L'araignée flotte lorsque la force vers le haut exercée sur la charge du fil égale son poids. Calculons la quantité de charge nécessaire.
| Écriture symbolique | q × E = m × g (donc q = m × g ÷ E) |
| En mots | Quantité de charge × intensité de la pente électrique = masse × accélération de la pesanteur |
| Origine de la formule | La force subie par une charge dans un champ électrique (physique du lycée : « force = charge × champ électrique »), mise en équilibre avec la gravité |
| q | Quantité de charge portée par le fil et l'araignée (en coulombs) |
| E | Intensité de la pente électrique = champ électrique (en volts par mètre) |
| m | Masse de l'araignée (en kilogrammes) |
| g | Accélération de la pesanteur (environ 9,8, en mètres par seconde carrée) |
| Exemple de masse d'un jeune araignée volante | 1 milligramme = 0,000001 kg |
| Champ électrique près du sol (ciel clair) | environ 100 volts par mètre |
| Exemple de champ renforcé au bout d'un brin d'herbe | 1000 volts par mètre (intensité comparable à celle utilisée dans l'expérience) |
| Poids humain de comparaison | 60 kg |
| Poids de l'araignée (N) | 0,000001 × 9,8 = 0,0000098 |
| Charge nécessaire près du sol (C) | 0,0000098 ÷ 100 = 0,000000098 |
| Charge nécessaire au bout d'un brin d'herbe (C) | 0,0000098 ÷ 1000 = 0,0000000098 |
| Poids d'un humain (N) | 60 × 9,8 = 588 |
| Charge nécessaire pour un humain au bout d'un brin d'herbe (C) | 588 ÷ 1000 = 0,588 |
| Combien de fois plus d'électricité l'humain a-t-il besoin ? | 0,588 ÷ 0,0000000098 = 60 000 000 |
Perchée au bout d'un brin d'herbe, l'araignée flotte avec environ 0,00000001 coulomb (10 nanocoulombs). L'électricité qui vous fait « crépiter » en touchant une poignée de porte en hiver serait quelques dizaines de fois supérieure à cela. C'est donc une quantité tout à fait à la portée d'une araignée. En revanche, un humain en aurait besoin de 60 millions de fois plus : totalement impossible. Comme la charge nécessaire est proportionnelle au poids, seuls les petits êtres vivants peuvent voler ainsi.
LycéeLycée+Champ électrique et effet de pointe
LycéeUne charge placée dans un champ électrique subit une force égale au produit de la charge par le champ. Cette relation découle de la loi de Coulomb. Le sol étant négatif et le ciel positif, le champ électrique est orienté vers le bas. Le fil, chargé négativement, est donc poussé dans le sens opposé, vers le haut.
Lycée+À la pointe d'un objet conducteur effilé, les lignes de champ électrique se concentrent et le champ s'y intensifie. L'herbe et les branches, reliées au sol, conduisent aussi l'électricité : à leur extrémité, le champ pourrait ainsi être multiplié plusieurs fois.
UniversitéÉlectricité atmosphérique et poils sensoriels de l'araignée
Le champ électrique par temps clair est appelé champ électrostatique de beau temps (champ électrique atmosphérique) et relève de l'électricité atmosphérique. On l'explique par le modèle du « circuit électrique global » : les orages du monde entier envoient en permanence de l'électricité entre l'ionosphère et le sol, laquelle redescend lentement dans les régions où il fait beau. Les trichobothries des pattes de l'araignée sont extrêmement légères ; des mesures au laser de leur mouvement ont confirmé qu'elles changent d'orientation non seulement sous l'effet du déplacement d'air, mais aussi sous celui du champ électrique.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Wikipédia « Électricité atmosphérique » ／ Wikipédia « Loi de Coulomb »
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Vent ou électricité, lequel joue le rôle principal ? Sur le terrain, le vent et les courants ascendants jouent aussi un rôle important, et la part que représente la force électrique n'est pas encore tranchée.
- Comment le fil se charge-t-il en électricité ? Certaines hypothèses évoquent un frottement au moment de l'émission du fil, mais on dispose de très peu de mesures réelles de la charge sur le terrain.
- Jusqu'où et à quelle altitude les araignées peuvent-elles aller ? On connaît des cas d'araignées capturées dans des filets à plusieurs milliers de mètres d'altitude, ou retrouvées en pleine mer loin de la côte. Mais on n'a pas encore pu suivre le trajet réel d'un seul individu.
Autrement dit, cet article présente lui aussi « l'explication telle qu'on la comprend aujourd'hui ». Le rôle de l'électricité n'a été démontré expérimentalement qu'en 2018, et de futures observations sur le terrain pourraient encore faire évoluer cette vision.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Passage correspondant de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences 4e / électricité statique et courant électrique | Les charges de même signe se repoussent, le fil s'ouvre en éventail |
| Lycée | Physique / champ et potentiel électriques | Force = charge × champ électrique, équilibre avec le poids |
| Lycée+ | Physique / champ électrique à la pointe d'un conducteur | Pourquoi le champ se renforce au bout d'un brin d'herbe |
| Université | Électricité atmosphérique / physiologie sensorielle | Champ électrostatique de beau temps, circuit électrique global, trichobothries |
| Recherche | Écologie comportementale / biophysique | Répartition des rôles entre vent et électricité, quantité de charge portée par le fil |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Les fils dans les prairies un matin d'automne, la façon dont se dispersent les petits êtres vivants |
- Morley, E. L. & Robert, D. (2018) Electric Fields Elicit Ballooning in Spiders. Current Biology 28
- Wikipédia « 大気電気学 » (Électricité atmosphérique)
- Charles Darwin, Voyage d'un naturaliste autour du monde (1839 ; observation d'araignées descendues sur un navire au large des côtes)
- Clarke, D. et al. (2013) Detection and learning of floral electric fields by bumblebees. Science 340
- Gorham, P. W. (2013) Ballooning spiders: the case for electrostatic flight. (prépublication)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique à but général. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du phénomène. La masse des araignées et l'intensité du champ électrique varient fortement selon l'espèce, le lieu et la météo.