Dans une étude révolutionnaire publiée dans la revue Physique des fluides, une équipe internationale de chercheurs a mis en lumière les capacités aquatiques impressionnantes de l’oiseau nageur le plus rapide au monde, le manchot papou. Les résultats de l’étude sont prometteurs pour le développement de véhicules et de technologies aquatiques avancés.
La recherche, menée par des scientifiques de l’Académie chinoise des sciences et de l’Institut de technologie du roi Mongkut Ladkrabang, clarifie la physique derrière la vitesse et la maniabilité remarquables du manchot papou, révélant comment ses ailes créent des forces et des structures d’écoulement sous l’eau.
Le manchot papou, connu pour son attitude charmante et sa dandine, est aussi une merveille d’ingénierie naturelle. Ses ailes, qui ressemblent plus à des nageoires, sont comparables à des ailes d’avion mais adaptées à une vie immergée.
Les secrets de la vitesse du manchot papou
Contrairement aux ailes allongées des oiseaux volants, les ailes des pingouins sont plus courtes, plus plates et revêtues de plumes écailleuses. Cette conception unique permet une efficacité et une mobilité supérieures sous l’eau.
La clé de l’expertise sous-marine des pingouins réside dans la dextérité de leur mise en drapeau des ailes, qui est l’ajustement actif de l’angle des ailes pour réduire la résistance, en tandem avec le tangage et le battement.
De plus, la nature dense et courte des plumes des pingouins joue un rôle essentiel dans ce processus car elles peuvent piéger l’air entre la peau et l’eau, minimisant ainsi les frottements et les turbulences.
« La capacité de nage supérieure des pingouins pour démarrer/freiner, accélérer/décélérer et tourner rapidement est due à leurs ailes qui agitent librement. Ils permettent aux pingouins de se propulser et de manœuvrer dans l’eau et de maintenir leur équilibre sur terre », a expliqué le co-auteur de l’étude, Prasert Prapamonthon. « Notre équipe de recherche est toujours curieuse de découvrir des créatures sophistiquées dans la nature qui seraient bénéfiques pour l’humanité. »
Comment la recherche a été menée
Pour décoder les acrobaties aquatiques des manchots papous, les chercheurs ont imaginé un modèle hydrodynamique qui simule les forces et les flux générés par les ailes des manchots.
Ce modèle intègre des informations concernant le battement et la mise en drapeau des ailes. Ces métriques incluent l’amplitude, la fréquence et la direction.
Le modèle prend également en compte des paramètres fluides tels que la vitesse et la viscosité. En utilisant la méthode des limites immergées, le modèle a pu résoudre le mouvement de l’aile ainsi que les forces de poussée, de portance et latérales.
L’équipe de recherche a également introduit un nouveau paramètre connu sous le nom d’angle de poussée. Ce paramètre, qui est déterminé par l’angle des ailes, aide à comprendre comment les ailes à ailettes génèrent de la poussée. Essentiellement, la poussée est régie par l’angle d’attaque et l’angle relatif des ailes par rapport à la direction vers l’avant.
« Nous avons proposé le concept d’angle de poussée, ce qui explique pourquoi les ailes à ailettes génèrent de la poussée : la poussée est principalement déterminée par l’angle d’attaque et l’angle relatif des ailes par rapport à la direction vers l’avant », a expliqué Prapamonthon. « L’angle de poussée est un concept important dans l’étude du mécanisme de poussée généré par le mouvement de battement et sera utile pour concevoir le mouvement mécanique des ailes. »
Implications de l’étude
Les implications de cette recherche vont au-delà de la simple compréhension de la physique des capacités de nage des pingouins. Les résultats pourraient jouer un rôle déterminant dans le développement de véhicules aquatiques de pointe, offrant un moyen d’estimer les performances de propulsion rapidement et sans encourir des coûts expérimentaux ou informatiques exorbitants.
Pour l’avenir, l’équipe de recherche prévoit d’affiner davantage le modèle en étudiant un modèle de pingouin 3D plus complet qui intègre différentes propriétés et mouvements d’ailes tels que le démarrage, le freinage, les virages et même les sauts dans et hors de l’eau.
En savoir plus sur les manchots papous
Les manchots papous (Pygoscelis papua) sont une espèce de manchots que l’on trouve dans l’Antarctique. Ils sont facilement reconnaissables en raison de leur apparence distinctive : ils ont des becs rouge-orange vif, des taches blanches au-dessus des yeux qui s’étendent jusqu’au sommet de la tête et de longues queues, qui sont les plus proéminentes parmi toutes les espèces de manchots.
Les papous constituent la troisième plus grande espèce de manchots, mesurant jusqu’à 35 pouces de hauteur et pesant environ 11 à 18 livres. Les deux plus grandes espèces sont le manchot empereur et le manchot royal.
Les manchots papous sont également connus pour leur nage rapide, atteignant des vitesses allant jusqu’à 36 kilomètres par heure (22 mph). Ce sont d’excellents plongeurs, capables d’atteindre des profondeurs de 200 mètres (656 pieds).
Leur régime alimentaire se compose principalement de krill et de poisson. En termes de reproduction, les Gentoos forment des colonies de reproduction, souvent sur des surfaces libres de glace. Les couples reproducteurs construisent un nid circulaire à partir de pierres, d’herbe, de mousse et de plumes. Les deux parents incubent deux œufs pondus et partagent la responsabilité de l’élevage des poussins.
Les papous sont considérés comme quasi menacés par l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN). Les principales menaces qui pèsent sur leurs populations sont le changement climatique, qui affecte leurs principales sources de nourriture, et les perturbations humaines telles que le tourisme, la pêche et la pollution.
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