Planète

Les requins inspirent des combinaisons de natation... inutiles

ActualitéClassé sous :zoologie , natation , combinaison de natation

Les requins peuvent réaliser des performances de nage impressionnantes sans donner l'apparence de faire des efforts considérables. Outre la forme de leur corps, des écailles particulières, les denticules, joueraient un rôle crucial en réduisant la traînée, tout en produisant de la poussée ! La peau des squales a inspiré la conception de combinaisons de natation révolutionnaires mais... elles ne font pas nager plus rapidement.

Le requin mako n'utilise pas que sa nageoire caudale pour atteindre une vitesse de nage de 50 kilomètres par heure. Chacune de ses écailles participerait à l'effort. © John Randall, Fishbase

Les poissons, tout comme les avions, se déplacent dans un fluide (eau ou air). Les mêmes lois physiques s'appliquent aux deux. Pour avancer, ils ont besoin d'une poussée (force orientée vers l'avant) qui doit être supérieure ou égale à la traînée (force dirigée vers l'arrière s'opposant au déplacement). La poussée est générée par les moteurs d'un avion ou par le corps ou les nageoires chez les poissons.

Les requins ont inspiré de nombreux ingénieurs par leur apparente facilité à nager. Cette caractéristique serait due à la forme de leur corps et à la présence de denticules sur leur peau. Il s'agit d'écailles dont la structure particulière favoriserait l'écoulement laminaire de l'eau le long du corps, diminuant ainsi la traînée.

Un célèbre équipementier a créé une combinaison de nage directement inspirée des aspérités de l'épiderme des squales. Plusieurs records de natations sont tombés rapidement suite à l'apparition de ces tenues, mais sont-elles réellement efficaces ? Les denticules jouent-elles précisément le rôle qu'on leur attribue, tant chez l'Homme (artificiellement) que chez les requins ?

George Lauder et Johannes Oeffner, de l'université d'Harvard, ont voulu faire le point sur ces deux questions. Un article paru dans le Journal of Experimental Biology démontre que les écailles de requins améliorent la locomotion aquatique uniquement lorsqu'elles sont sur une surface souple. Elles sont même capables de produire une poussée ! En revanche, les combinaisons imitant la peau des squales ne procurent aucun avantage hydrodynamique aux sportifs.

Les denticules des requins ont besoin de souplesse

Selon les chercheurs, le rôle des denticules a toujours été étudié à partir de structures rigides reproduisant la peau des squales. Pourtant, cette dernière est souple et bouge durant la nage.

Les denticules, ces écailles denticulées, s'observent sur le corps du requin marteau tiburo (Sphyrna tiburo). Elles sont composées de trois crêtes et de trois pointes dirigées vers l'arrière de l'animal. Chacune de ces écailles peut produire une poussée orientée vers l'avant. Ces denticules ont inspiré la mise au point de combinaisons de natation. © Oeffner et Lauder 2012, Journal of Experimental Biology

De la peau fraîche de requin mako (Isurus oxyrinchus) a été fixée sur une structure rigide capable de reproduire les mouvements de nage. La vitesse à laquelle peut se déplacer cette « pseudonageoire » dans des conditions hydrodynamiques précises a ensuite été enregistrée. Les denticules ont alors été poncées pour en modifier la forme. Résultat : les performances de nage ont augmenté de 13,4 % ! Un revêtement denticulé ne serait d'aucune utilité sur un avion ou une voiture.

Une pseudonageoire, souple celle-là, a été créée en collant deux morceaux de peau dos à dos. Dans ce cas, la vitesse de nage est 12,3 % plus rapide lorsque les denticules sont intactes. Ces écailles procurent donc un avantage certain lorsqu'elles sont présentes sur une surface souple, telle que la peau des requins.

Des tests similaires ont été réalisés à partir de certaines combinaisons de natation imitant la peau des squales. Que la surface du tissu soit lisse ou couverte d'aspérités, aucune amélioration de la vitesse n'a été observée. Il n'y aurait pas d'avantage hydrodynamique lié à la présence de denticules synthétiques sur les combinaisons de nage tant décriées d'un célèbre équipementier.

Un laser pour visualiser les tourbillons

Les chercheurs se sont ensuite demandé si le rôle des denticules se limitait uniquement à réduire la traînée. Ils ont donc étudié l'écoulement des fluides autour des écailles en utilisant la méthode DPIV (digital particle image velocimetry).  

Le fluide en mouvement dans le couloir de nage est enrichi de microbilles, que l'on peut voir à l'aide d'un laser. Leurs mouvements dans le voisinage de l'écaille sont enregistrés par une caméra à 500 images par seconde. Un logiciel informatique reconstitue ensuite l'écoulement de l'eau et peut fournir des informations sur plusieurs paramètres physiques, dont la poussée.

À la grande surprise des chercheurs, chaque écaille du corps des requins pourrait produire une poussée. Des vortex resteraient attachés aux denticules. Les vortex sont des zones de basses pressions. Leur présence sur l'intégralité de la nageoire ou du corps modifient les forces agissant sur l'animal. L'une d'entre elles (la force d'aspiration) acquiert alors une composante qui s'ajoute aux forces propulsives générées par la queue. L'intégralité du corps des squales participerait donc à la nage de l'animal.