Le manchot de Humboldt (Spheniscus humboldti). © mpv1988, Adobe Stock
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Science décalée : les manchots envoient des « bombes fécales » à plus d'1,30 m de distance

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Le manchot accumule une pression considérable dans ses intestins afin d'expulser ses déjections le plus loin possible. Des chercheurs ont établi de savantes équations mathématiques pour modéliser la trajectoire de ces « bombes fécales » en fonction de leur consistance plus ou moins liquide et de la position du manchot.

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En 2005, un trio de chercheurs allemands, finlandais et hongrois avait obtenu le prix Ig-Nobel de dynamique des fluides pour son étude sur « la pression accumulée dans un manchot lors de la défécation ». Les scientifiques s'étaient penchés sur le cas du manchot Adélie (Pygoscelis adeliae), dont ils avaient calculé qu'il pouvait projeter ses déjections avec une pression allant de 10 kilopascals (kPa) pour des excréments de consistance liquide à 60 kPa pour des excréments « de consistance visqueuse semblable à l'huile d'olive ».

Une force de propulsion largement sous-estimée

Quinze ans plus tard, une nouvelle équipe a décidé de remettre la question sur le tapis. Hiroyuki Tajima et Fumiya Fujisawa, de l'université de Kochi et de l'aquarium Katsurahama au Japon, considérant que la force de projection avait été largement sous-estimée. La précédente étude avait en effet considéré une trajectoire horizontale des projections. Or, la trajectoire réelle suit plutôt une courbe en arc de cercle descendant lorsque le manchot est situé un peu en hauteur, ce qui signifie que ses « bombes fécales » sont envoyées beaucoup plus loin que ce qui était estimé, indiquent les auteurs.

Pour établir leur calcul, les chercheurs se sont appuyés sur deux grands principes physiques : le théorème de Bernoulli, qui relie la vitesse d'un fluide et sa pression en un point donné, et la loi de Hagen-Poiseuille, qui décrit l'écoulement d'un liquide dans une conduite cylindrique. La trajectoire a ensuite été ajustée suivant la fonction W de Lambert qui suit une courbe logarithmique.

Modélisation de la trajectoire des excréments en fonction de l’angle de la vitesse initiale v et de la hauteur h. © Hiroyuki Tajima, Fumiya Fujisawa
Si les humains pouvaient accumuler une telle pression dans leur intestin, ils seraient capables d’envoyer leurs excréments à plus de 3 mètres de distance

On vous épargnera ici le détail des calculs, lesquels figurent dans l'étude prépubliée sur le site ArXiv. Le résultat est que le manchot peut expulser ses bombes fécales jusqu'à 1,34 mètre de distance, considérant une vitesse initiale de 2 mètres par seconde et une position à 2 mètres de hauteur.

« La pression exercée à la sortie par le rectum s'élève à 28,2 kPa, soit 1,4 fois plus que la précédente estimation », notent les auteurs. À noter cependant que la nouvelle étude porte sur le manchot de Humboldt, une autre espèce de manchot que celle de l'étude initiale. Si les humains pouvaient accumuler une telle pression dans leur intestin, ils seraient capables d'envoyer leurs excréments à plus de 3 mètres de distance, assure Hiroyuki Tajima au site Live Science.

 La forte pression rectale et la trajectoire des projectiles de matières fécales d'un manchot de Humboldt ne mesurant guère plus de 70 com intriguent les scientifiques. © Richard, Flickr

Bien pratique pour déféquer sans quitter son nid

Mais comment le manchot accumule-t-il autant d'énergie dans ses intestins et son si petit rectum ? Contrairement aux mammifères, qui possèdent un long tube intestinal replié sur lui-même, le manchot est muni d'un simple tube droit et beaucoup plus court. La pression est accumulée grâce à trois muscles intra-abdominaux. La force d'expulsion est aussi plus élevée de par la consistance du contenu fécal quasi liquide. Reste à trouver la raison de cette particularité physiologique.

« Par rapport aux oiseaux mangeurs de graines, les oiseaux carnivores et piscivores expulsent leurs fèces avec plus de force car leurs déchets contiennent des quantités plus importantes d'acide urique, qui est corrosif et irritant », explique Benno Meyer-Rochow, l'un des lauréats de l'Ig-Nobel de 2005 sur son blog. Une autre explication communément avancée est que le manchot ne quittant pas son nid pour déféquer, il doit expulser ses fèces à distance pour garder son habitat bien propre.

Cette étude devrait servir aux gardiens de zoos et aquariums exposés à ces projectiles aussi désagréables qu'aléatoires, estiment Hiroyuki Tajima et Fumiya Fujisawa. Une distance de sécurité de 1,30 mètre pourrait ainsi être instaurée autour du nid afin d'éviter un « incident », préconisent-ils. Encore pire que le coronavirus.

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