Une plume est, chez les oiseaux, une production tégumentaire complexe constituée de β-kératine. La plume est un élément caractéristique de la classe des oiseaux. Comme les poils, les écailles, les ongles, les griffes, les sabots, les plumes sont des phanères.
L'ensemble des plumes, généralement plusieurs milliers, forme le plumage, dont les fonctions sont de protéger le corps de l'oiseau du milieu ambiant, notamment contre l'eau et le froid, de permettre le vol, de se camoufler. Mais elles ont aussi une fonction sociale et reproductive.
L'observation d'une plume ou du plumage peut permettre de déterminer l'espèce, le sexe, l'âge ou la santé d'un oiseau.
Une plume se compose d'un axe central, creux à sa base, le calamus qui naît dans l'épiderme et plein dans sa partie principale, le rachis.
Le rachis porte des « barbes », insérées en deux séries de part et d'autre de l'axe dans un seul plan, et enchevêtrées par des « barbules » perpendiculaires munis d'innombrables crochets minuscules. L'ensemble des barbes situées du même côté du rachis est appelé vexille. La vexille externe (visible quand l'aile est repliée) est souvent plus étroite que l'interne.
Lorsque la base inférieure du rachis peut comporter une plume secondaire, celle-ci est appelée hyporachis.
On distingue plusieurs types de plumes :
Les plumes les plus longues des ailes et de la queue sont appelées pennes. Il existe deux grands groupes de pennes, les rémiges et les rectrices.
Les plumes tectrices ou plumes de couverture désignent le duvet (formé de plumes légères dont les barbes ne sont pas enchevêtrées) et les plumules ou semi-plumes, qui sont des très petites plumes sur les tarses. Les plumes de duvet sont très abondantes chez certaines espèces (canards, oies...) ; elles sont parfois arrachées par l'oiseau sur son propre corps afin de garnir le nid. Certaines espèces (outardes, hérons, certains passereaux) possèdent des touffes de duvet particulier, dont l'extrémité se désagrège en une poudre utilisée pour l'entretien des plumes (ces espèces ont généralement une glande uropygienne plus réduite que la moyenne).
Les plumes trichoptiles ou néoptiles sont des plumes de couvertures qui ont l'air de cheveux. Les trichoptiles ont un rachis qui se sépare en trois branches. Les termes herls, hackles, sabres, quills, définissent des plumes particulières pour des espèces précises.
La plume pousse sur une dépression de la peau appelée follicule. Des cellules germinatives commencent à proliférer très rapidement et forment une gaine rigide entourée d'un tube qui sort rapidement du follicule. Le tube appelé papille contient des vaisseaux sanguins et des nerfs appelés pulpe. Après quelques jours la gaine stoppe sa croissance et la plume commence à sortir. Cette gaine va ensuite disparaître par usure, laissant apparaître le calamus qui à son extrémité n'est plus qu'une structure morte appelée rachis. La plume est alors maintenue par des tissus musculaires implantés d'un même côté sur le rachis.
Le pigment de mélanine des plumes est dû aux organites appelés mélanosomes, organites siégeant dans le cytoplasme des mélanocytes situés dans le calamus. Ces cellules transmettent leurs mélanosomes aux cellules médullaires présentes dans la partie centrale des barbes. Les mélanosomes migrent durant toute la croissance de la plume.
La plume ayant une durée de vie limitée, ce processus recommencera à la prochaine mue.
Il existe souvent des différences substantielles entre les rémiges et rectrices d'adultes et de juvéniles de la même espèce. Parce que toutes les plumes des juvéniles poussent en même temps, elles sont moins douces et de moins bonne qualité que les plumes adultes dont la pousse s'étale sur un temps plus long. Des problèmes alimentaires (voir le paragraphe ) peuvent alors causer des stries de croissance sur les plumes qu'il est possible d'étudier avec une technique appelée ptilochronologie.
En général, les juvéniles ont des plumes qui sont plus étroites et plus pointues, ce qui est particulièrement visible dans le cas de rapace en vol. Les plumes d'un juvénile sont de longueur plus uniforme et les bords plus dentelés, surtout dans le cas des rapaces. Les rémiges des adultes peuvent être de longueurs et de résistances différentes mue après mue, d'une année sur l'autre. D'une façon générales chez les jeunes, les rectrices, les primaires externes et secondaires sont plus longues tandis que les primaires internes sont plus courtes. Cependant, chez les espèces de Ciconiiformes à rectrices particulièrement longues comme le Milan à queue fourchue, Messager sagittaire, Bondrée apivore les rectrices, de même que les rémiges chez les Buteo, peuvent être plus courtes chez les juvéniles. Certains scientifiques pensent que ces différences peuvent aider les jeunes oiseaux à compenser leur inexpérience et leur musculature plus faible limitant leur capacité au vol battu.
Les principaux mécanismes provoquant l'usure des plumes sont l'abrasion mécanique, l'action de la lumière et la présence dans le plumage d'organismes susceptibles de s'attaquer à la kératine. Les plumes des ailes voient leur rigidité et la portance diminuées suite à cette usure. La couverture thermique est également moins bonne.
La lumière agit sur la kératine et le pigment des plumes. Comme les rémiges se recouvrent partiellement, seules les extrémités qui sont exposées au soleil s'usent plus vite. Elles se décolorent d'abord, puis la structure des barbules se détériore et celles-ci se séparent. Les rachis finissent par se casser. Les rectrices s'écartant les unes des autres pour fonctionner, ce mécanisme use beaucoup les plumes.
L'étude de l'usure des plumes permet de connaître la période du cycle de mue de l'oiseau. Les espèces migratrices ont souvent des plumes plus usées.
Les pigments des plumes sont de deux types, les mélanines (noir) et les caroténoïdes (jaune au rouge). Cependant certaines couleurs, dites structurales, ne sont pas dues à la pigmentation. Ainsi, bien que de nombreux oiseaux disposent de plumes vertes ou bleues, comme les espèces du genre Pavo ou les Psittacidae, ils ne synthétisent pas de pigments de ces couleurs. De nombreuses espèces ont des plumes blanches comme les aigrettes, mouettes, spatules. Le blanc résulte de l'absence de pigmentation mais également de la réflexion totale du spectre lumineux.
Les pigments obtenus à partir des mélanines peuvent aller du noir, comme pour le choucas au brun clair voire au jaune comme pour certaines espèces de Corvidae. Ils sont directement synthétisés par l'oiseau. Il n'en est pas de même pour les pigments caroténoïdes qui peuvent, suivant les espèces être soit synthétisés soit plus généralement obtenus par la nourriture. Les Psittacidae synthétisent la Psittacine tandis que les flamants, certains serins, etc., trouvent ces pigments dans leur alimentation. Dans ce dernier cas, les caroténoïdes ne subissent pas ou peu de transformations chimiques avant de se déposer dans les plumes. Mais chez les flamants, le pigment initial est produit par des algues unicellulaires, transformé chez des crevettes (Artemia salina) qui s'en nourrissent et finalement fixé dans les plumes des flamants. La couleur peut alors varier en fonction de l'alimentation et donc de la saison.
L'accumulation des pigments peut varier avec l'âge de l'oiseau.
C’est grâce à un phénomène optique (décomposition de la lumière par des microstructures) que des couleurs peuvent apparaître par décomposition de la lumière blanche. Ce phénomène est identique à celui qui permet la coloration des yeux chez l’homme, ou mieux la coloration des bulles de savon et l'arc en ciel. Chez les psittacidés, le bleu nait dans des barbes renfermant une couche structurale riche en microgranules de mélanine noire; si à cela s'ajoure un caroténoïde jaune on a du vert. Les microgranules renvoient les radiations bleues (les plus courtes), les autres sont absorbées par une moelle centrale noire. Chez les paons et les colibris, les barbules renferment des plages de microlamelles qui décomposent la lumière (comme pour un microsillon) et suivant l'écartement des microlamelles on a telle couleur. Dans ce cas, en inclinant la plume pour faire varier l'incidence de la lumière, on voit les couleurs se déplacer.
La combinaisons des différents pigments et de ces phénomènes optiques permettent une très grande variété de couleurs. Les éleveurs d'oiseaux de compagnie ont pu sélectionner de nombreuses variétés de couleur dues à des mutations apparues en élevage et en obtenir de nouvelles par des croisements pour produire les teintes désirées.
Certaines espèces sont connues pour avoir des plumes iridescentes, comme les oiseaux-mouches mais aussi les guêpiers, les paons, quelques canards, les étourneaux, les corbeaux, etc. Les irisations sont produites par les barbules renfermant des réseaux de microlamelles. Une barbule à microlamelles reposant sur une barbule riche en mélanine noire; cette dernière absorbant les radiations parasites. Les microlamelles ont l'avantage sur les microgranules de mélanine de pouvoir produire toutes les couleurs du spectre solaire, alors que les microgranules ne peuvent produire que du bleu.