Les manchots papous sont les oiseaux nageurs les plus rapides au monde, atteignant des vitesses sous-marines maximales allant jusqu’à 36 km/h (environ 22 mph). C’est parce que leurs ailes ont évolué en nageoires idéales pour se déplacer dans l’eau (bien qu’à peu près inutiles pour voler dans les airs). Les physiciens ont maintenant utilisé la modélisation informatique de l’hydrodynamique des ailes de pingouin pour mieux comprendre les forces et les flux que ces ailes créent sous l’eau. Ils ont conclu que la capacité du pingouin à modifier l’angle de ses ailes en nageant est la variable la plus importante pour générer une poussée, selon un article récent publié dans la revue Physics of Fluids.
« La capacité de nage supérieure des pingouins pour démarrer/freiner, accélérer/décélérer et tourner rapidement est due à leurs ailes qui agitent librement », a déclaré le co-auteur Prasert Prapamonthon de l’Institut de technologie du roi Mongkut Ladkrabang à Bangkok, en Thaïlande. « Ils permettent aux pingouins de propulser et manœuvrer dans l’eau et maintenir l’équilibre sur terre. Notre équipe de recherche est toujours curieuse de découvrir des créatures sophistiquées dans la nature qui seraient bénéfiques pour l’humanité.
Les scientifiques s’intéressent depuis longtemps à l’étude des animaux aquatiques. De telles recherches pourraient conduire à de nouvelles conceptions qui réduisent la traînée des avions ou des hélicoptères. Ou il peut aider à construire des robots bio-inspirés plus efficaces pour explorer et surveiller les environnements sous-marins, comme RoboKrill, un petit robot unijambiste imprimé en 3D conçu pour imiter le mouvement des jambes du krill afin qu’il puisse se déplacer en douceur dans les environnements sous-marins.
Les espèces aquatiques ont évolué de différentes manières pour optimiser leur efficacité lorsqu’elles se déplacent dans l’eau. Par exemple, les requins mako peuvent nager jusqu’à 70 à 80 mph, ce qui leur vaut le surnom de « guépards de l’océan ». En 2019, les scientifiques ont montré que l’un des principaux facteurs de la capacité des requins mako à se déplacer si rapidement est la structure unique de leur peau. Ils ont de minuscules écailles translucides, d’environ 0,2 millimètre, appelées « denticules » sur tout le corps, particulièrement concentrées dans les flancs et les nageoires de l’animal. Les écailles sont beaucoup plus flexibles dans ces zones par rapport à d’autres régions comme le nez.
Cela a un effet profond sur le degré de pression que rencontre le requin mako lorsqu’il nage. La traînée de pression résulte de la séparation du flux autour d’un objet, comme un avion ou le corps d’un requin mako lorsqu’il se déplace dans l’eau. C’est ce qui se passe lorsque le flux de fluide se sépare de la surface d’un objet, formant des tourbillons et des tourbillons qui entravent le mouvement de l’objet. Les denticules de la peau de requin peuvent fléchir à des angles supérieurs à 40 degrés par rapport à son corps, mais uniquement dans le sens du flux inverse (c’est-à-dire de la queue au nez). Cela contrôle le degré de séparation du flux, similaire aux fossettes sur une balle de golf. Les fossettes, ou les écailles dans le cas du requin mako, aident à maintenir un flux attaché autour du corps, réduisant ainsi la taille du sillage.
La crevette des marais maximise la poussée vers l’avant grâce à la rigidité et à la surface accrue de sa patte. Ils ont également deux mécanismes de réduction de la traînée : les jambes sont environ deux fois plus flexibles pendant la course de récupération et se plient fortement, ce qui entraîne une interaction moins directe avec l’eau et un sillage réduit (tourbillons plus petits) ; et plutôt que trois jambes se déplaçant séparément, leurs jambes se déplacent essentiellement comme une seule, réduisant considérablement la traînée.
De nombreuses études ont également examiné la biomécanique, la cinématique et la forme des nageoires des manchots, entre autres facteurs. Prapamonthon et al. voulait spécifiquement approfondir l’hydrodynamique de la façon dont l’aile battante génère une poussée vers l’avant. Selon les auteurs, les animaux aquatiques utilisent généralement deux mécanismes principaux pour générer une poussée dans l’eau. L’un est basé sur la traînée, comme l’aviron, et bien adapté pour se déplacer à des vitesses inférieures. Pour des vitesses plus élevées, ils utilisent un mécanisme basé sur la portance, le battement, qui s’est avéré plus efficace pour générer une propulsion.