Les raies pastenagues sont inhabituelles parmi les poissons dans la mesure où leur corps est comprimé dorsoventralement en disques aplatis, plutôt que d’être aplati latéralement pour prendre la forme plus traditionnelle du poisson. Lorsque les raies nagent, elles se propulsent en utilisant les ondulations de leur corps et leurs « ailes » pectorales sans compter sur les mouvements latéraux de la queue.
Les scientifiques sont depuis longtemps fascinés par cette forme de locomotion très efficace sur l’eau. Jusqu’à présent, cependant, leurs études n’ont pas quantifié les effets des yeux et du museau saillants d’une raie, qui ont potentiellement la capacité de perturber l’écoulement fluide de l’eau et de réduire les propriétés hydrodynamiques de l’animal.
Dans une nouvelle étude publiée par l’Institut américain de physique, des scientifiques chinois et sud-coréens étudient les effets de ces éléments saillants sur les différentes forces impliquées dans la propulsion des raies pastenagues simulées, telles que la pression et le tourbillon.
« L’influence des yeux et de la bouche saillants en 3D sur une raie pastenague flexible automotrice et son mécanisme hydrodynamique sous-jacent ne sont pas encore entièrement compris », a déclaré Hyung Jin Sung, de l’Institut supérieur coréen des sciences et technologies. « Dans la présente étude, le bénéfice hydrodynamique des yeux et de la bouche saillants a été exploré pour la première fois, révélant le rôle hydrodynamique des yeux et de la bouche saillants. »
Les forces hydrodynamiques en jeu pendant la nage des raies sont complexes et ne peuvent pas être mesurées de manière adéquate à l’aide d’animaux vivants. Au lieu de cela, les chercheurs ont généré un modèle informatique d’une plaque flexible automotrice. En « fixant » l’avant de la plaque, ils pourraient simuler les oscillations de haut en bas qu’une raie génère lorsqu’elle se déplace dans l’eau.
Le modèle a ensuite été ajusté pour permettre l’ajout de plusieurs plaques rigides en 3D, à l’endroit où se trouveraient la tête et les yeux d’une raie. Les deux modèles (avec et sans tête 3D saillante) ont ensuite été comparés à l’aide d’une technique connue sous le nom de méthode des limites immergées avec pénalité.
« Gérer les poissons nageant de manière aléatoire et isoler l’objectif souhaité de la mesure de nombreux facteurs est difficile », a déclaré Sung. « Pour surmonter ces limitations, la méthode des limites immergées avec pénalité a été adoptée pour trouver les avantages hydrodynamiques des yeux et de la bouche saillants. »
Les résultats ont montré que la présence des yeux et du museau saillants augmentait l’efficacité de propulsion d’une raie pastenague de plus de 20 pour cent et 10 pour cent respectivement. Ceci a été réalisé grâce à la génération de vortex lorsque l’eau coulait sur la région de tête. Un vortex à l’avant de l’animal simulé a augmenté la pression négative dans le plan avant-arrière, tandis qu’un vortex latéral a ajouté à la différence de pression au-dessus et au-dessous du corps. Ces facteurs ont conduit à une augmentation de la poussée, de la vitesse de croisière et de l’efficacité globale de la locomotion.
Les chercheurs espèrent que leur nouvelle compréhension des phénomènes fluides dans la locomotion des raies pourra être appliquée à la conception et au développement de futurs véhicules aquatiques qui se déplaceront efficacement sous l’eau.
L’étude est publiée dans la revue Physique des Fluides.
—
Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur
0 réponse à “Les yeux et le museau saillants améliorent l’hydrodynamique des raies.”