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Actualités scientifiques

Pourquoi les poissons ont-ils une forme de poisson?

 

Michael Phelps, sportif le plus titré des Jeux olympiques, reste un piètre nageur en comparaison d’un requin ou d’un espadon. La raison en est simple, Michael Phelps n’est qu’un homme et sa morphologie est le résultat d’un long processus d’évolution qui n’a vraisemblablement pas favorisé les individus réalisant les meilleures performances en natation. Mais qu’en est-il des poissons ? Leur forme est-elle parfaitement adaptée à leur fonction ?

 

Le mode de propulsion des animaux aquatiques les plus rapides est la “nage ondulatoire”: ils nagent en propageant une onde de flexion le long de leur colonne vertébrale. Ces animaux ont souvent évolué vers une forme similaire, l’exemple habituel étant la ressemblance morphologique entre le requin, le dauphin et l’ichtyosaure alors que l’un est poisson, l’autre un mammifère et le dernier un reptile aujourd’hui disparu. De manière plus générale, on observe que les animaux utilisant la nage ondulatoire possèdent une région antérieure relativement rigide et de forme aérodynamique séparée d’une nageoire caudale par un pédoncule de section réduite. A l’heure actuelle cependant, le lien entre cette morphologie et les performances de nage n’a pas été démontré. Les scientifiques de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE CNRS/Université Aix-Marseille/Ecole Centrale Marseille) ont abordé cette question en cherchant, grâce à un algorithme génétique, la forme optimale pour la nage ondulatoire.

 

Pour ce calcul d’optimisation, les chercheurs ont étudié des animaux de sections elliptiques variables. Dans la limite des corps élancés, les forces s’exerçant sur de tels animaux peuvent être calculées, ce qui permet de calculer à leur tour leur vitesse de nage et l’énergie dépensée. Un problème d’optimisation bi-objectifs peut alors être formulé. Il consiste à rechercher les formes et les modes de nage permettant de minimiser les coûts énergétiques, de maximiser la vitesse de nage ou tout compromis entre ces deux objectifs antagonistes. Le résultat de ce calcul d’optimisation conduit à deux “espèces” distinctes : une spécialisée dans la nage économique et l’autre dans la nage rapide. En comparant les attributs de ces deux types de nageurs à ceux d’animaux utilisant la nage ondulatoire, il a été proposé que l’évolution des animaux aquatiques résulterait de la recherche des coûts énergétiques les plus faibles.

 

 

poissons

 

Figure : Comparaison entre les résultats du calcul d’optimisation (première ligne) et deux espèces de poissons: la perche truitée (Micropterus salmoides, deuxième ligne) et un thon (Euthynnus affinis, dernière ligne). Les deux premières colonnes comparent les formes, et la dernière représente la déformation de la colonne vertébrale sur une période (pour le thon, il s’agit de l’enveloppe de cette déformation).

 

Contact

eloy@irphe.univ-mrs.fr

 

site web

http://www.irphe.fr/~eloy

 

Référence

C. Eloy, “On the best design for undulatory swimming”, J. Fluid Mech., 717, 48-89 (2013).

 

 

 

 

 

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