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Posté par Redbran le Mardi 10/10/2017 à 12:00
Des poissons qui nagent côte à côte économisent de l'énergie
Contrairement à une idée généralement admise, la configuration d'un banc de poissons « en diamant » n'est pas forcément la plus efficace pour la locomotion. En observant expérimentalement le comportement collectif de groupes de poissons, des chercheurs du laboratoire de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) et mécanique des milieux hétérogènes ont montré qu'à partir d'une certaine vitesse (On distingue :) les poissons nagent côte à côte de manière synchronisée avec leurs voisins, adoptant une stratégie de locomotion plus économe en énergie. Ces résultats sont publiés dans la revue PNAS.


© R. Godoy-Diana PMMH
Formation de nage collective d’un groupe de poissons Hemigrammus bleheri.
es bancs de poissons sont depuis longtemps un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction...) d'études pour les hydrodynamiciens. Leurs modèles, basés sur le calcul des interactions entre les tourbillons créés par chaque poisson (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18 avril. Dans l'ordre du zodiaque, elle se situe entre le Verseau à...), démontrent que la configuration du banc dite « en diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui...) » améliore l'efficacité de la locomotion des poissons. Mais ces modèles ont l'inconvénient d'être en 2D, et l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) expérimentale révèle qu'il existe d'autres configurations plus efficaces. Des chercheurs du Laboratoire de physique et mécanique des milieux hétérogènes (PMMH, CNRS/ESPCI Paris/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la...) Diderot/UPMC) ont ainsi montré que des poissons Hemigrammus bleheri, lorsqu'ils nagent à grande vitesse, se placent côte à côte. Une stratégie de locomotion qui est plus économe en énergie.

Pour observer la nage des poissons, les chercheurs les ont placés dans un tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont apparentés aux tunnels par leur...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) peu profonde, dans lequel circule un courant dont on peut contrôler la vitesse. Des caméras rapides, au-dessus et de chaque côté du tunnel, ont permis de suivre individuellement la position en 3D de chaque poisson (Dans la classification classique, les poissons sont des animaux vertébrés aquatiques à branchies, pourvus de nageoires et dont le corps...), dans des groupes de 3 à 9 poissons, et de mesurer l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) et la fréquence des battements de leurs queues. Résultat: à faible vitesse (exprimée en longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme...) du corps par seconde), les poissons adoptent effectivement une configuration en diamant, mais quand on leur impose une vitesse plus grande (jusqu'à 4 longueurs de corps par seconde), ils nagent côte à côte de manière synchronisée avec leurs proches voisins. Ce comportement correspond à une plus grande efficacité énergétique. En effet, la nage côte à côte, en rangée, se traduit par une nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le terme est un emprunt au grec ancien...) diminution de la fréquence de battement (En acoustique, le battement est une interférence entre deux sons de fréquences légèrement différentes, laissant percevoir des pulsations. En acoustique musicale, il correspond au mélange de deux...) de la queue des poissons. Or, cette fréquence est corrélée avec la consommation d'oxygène par le poisson, qui mesure indirectement sa consommation d'énergie. La synchronisation entre voisins est aussi un facteur d'efficacité.

Les chercheurs veulent maintenant, d’une part, poursuivre leurs observations avec des bancs plus nombreux (20, puis 50 poissons) pour étudier le comportement du groupe de poissons en tant que « matière active ». Et d’autre part collaborer avec des chercheurs en neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et du système nerveux.), afin de faire le lien entre le comportement biomécanique des poissons et le fonctionnement de leur système nerveux. Par ailleurs, leurs résultats pourraient inspirer la conception de petits robots nageurs bio-inspirés.


© B. Thiria PMMH
Configurations adoptées par des groupes de poissons
A gauche: à faible vitesse (moins de une longueur de corps par seconde)
A droite: à grande vitesse (près de 4 longueurs de corps par seconde)


Références publication:
Simple phalanx pattern leads to energy saving in cohesive fish schooling
I. Ashraf, H. Bradshaw, T. T. Ha, J. Halloy, R. Godoy-Diana & B. Thiria
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2017
doi:10.1073/pnas.1706503114

Contact chercheur:
Ramiro Godoy Diana - PMMH
Benjamin Thiria - PMMH

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Source: CNRS-INSIS-PMMH