Deux nageoires valent mieux qu’une  : les poissons synchronisent les nageoires caudales pour économiser de l’énergie

Des chercheurs de l’Université du Tohoku ont développé un modèle qui simule le mouvement des nageoires caudales de poisson. Le modèle révèle les mécanismes sous-jacents à un phénomène couramment observé chez les poissons : comment ils synchronisent le mouvement de leurs nageoires caudales, chevauchant les vortex créés, économisant ainsi de l’énergie.

Les détails de la recherche ont été publiés dans la revue Physics of Fluids le 2 novembre 2023, où elle a été sélectionnée comme report vedette.

« Une hypothèse de longue day concernant les poissons nageurs est qu’ils exploitent le flux vortex généré par d’autres poissons pour économiser de l’énergie », explique Susumu Ito. « Ils travaillent en tandem pour utiliser la rue vortex inversée du Kármán et ajuster leurs nageoires caudales en conséquence. »

En dynamique des fluides, un vortex de Kármán est un courant tourbillonnant qui se forme derrière un objet se déplaçant dans un fluide. Dans la version inversée, les tourbillons ont un sens de rotation opposé.

Pour mieux comprendre ces mécanismes, les chercheurs ont développé un modèle théorique exclusive qui prend en compte non seulement les mouvements musculaires réguliers et l’impact des forces de l’eau, mais également les variants naturelles, comme les facteurs physiologiques, qui peuvent affecter la façon dont les poissons se déplacent. Cela a permis au modèle de reproduire plus en détail la façon dont les poissons coordonnent naturellement leurs steps.

Après avoir effectué des simulations numériques, Ito et son équipe ont pu reproduire la synchronisation des nageoires caudales et démontrer qu’elle entraîne une réduction significative de la dissipation d’énergie pour une paire de poissons à des distances inférieures à la moitié de la longueur du corps. Cependant, les résultats suggèrent également que le timing typique des mouvements des nageoires entre deux poissons ne conduit pas au moyen le furthermore optimal de conserver l’énergie.

De as well as, le modèle reproduit certaines propriétés fondamentales de la nage en solo, telles que la relation entre la vitesse de nage et la fréquence du battement de queue. Le modèle s’applique également à diverses espèces de poissons qui nagent selon un fashion carangiforme ou sous-carangiforme, comme le chinchard, la truite, le saumon, la carpe et le poisson rouge.

« Nous avons mis en lumière la dynamique de synchronisation chez les espèces biologiques, qui peut également s’appliquer à d’autres créatures vivantes telles que les oiseaux, les animaux, les bactéries et même les eucaryotes unicellulaires », ajoute Ito. « Les avantages s’étendent également à la robotique cette découverte pourrait aider à trouver de nouvelles stratégies d’économie d’énergie pour les groupes de drones se déplaçant en coordination. »