Des poissons qui nagent côte à côte économisent de l'énergie

Publié par Redbran le 10/10/2017 à 12:00
Source: CNRS-INSIS-PMMH
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...) et mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) 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 (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie...) de locomotion plus économe en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). 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...) 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...), démontrent que la configuration du banc dite "en diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la...)" 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...) expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) 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...) 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...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) 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...), dans des groupes de 3 à 9 poissons, et de mesurer l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) et la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) 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...) 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 physique et ingénierie mécanique, l'efficacité énergétique (ou...). 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...) diminution de la fréquence de battement (En acoustique, le battement est une interférence entre deux sons de fréquences...) de la queue des poissons. Or, cette fréquence est corrélée avec la consommation d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) 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 (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) active". Et d'autre part collaborer avec des chercheurs en neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et...), afin de faire le lien entre le comportement biomécanique des poissons et le fonctionnement de leur système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des...). 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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