Hydrodynamique

L’hydrodynamique est la branche de la mécanique des fluides qui étudie l’eau et les autres liquides en mouvement, ainsi que les forces échangées avec les corps ou les limites solides. Chez les poissons, elle décrit notamment les écoulements, les pressions et les contraintes de cisaillement produits autour du corps et des nageoires pendant la nage.

Grandeurs et régimes d’écoulement

Un écoulement est décrit par un champ de vitesse, une pression, une masse volumique et une viscosité. Les gradients de pression et les effets visqueux exercent une force mécanique distribuée sur les surfaces immergées. Sa résultante peut être décomposée selon la question en poussée, traînée, portance ou force latérale, sans que ces composantes correspondent nécessairement à des structures anatomiques distinctes.

Le rapport entre effets inertiels et visqueux est souvent exprimé par le nombre de Reynolds. Une larve lente et de petite taille évolue dans un régime où la viscosité compte davantage qu’autour d’un grand poisson rapide. La couche limite, les dimensions, la vitesse et le mouvement des surfaces modifient aussi l’écoulement.

Application à la nage

Pendant la nage, les déformations du corps et des nageoires accélèrent l’eau, créent des différences de pression et génèrent des tourbillons. Le fluide exerce en retour des forces sur l’animal. L’hydrodynamique analyse cette interaction externe, tandis que la biomécanique intègre aussi les forces musculaires, les propriétés des tissus et le contrôle du mouvement.

Les écoulements peuvent être étudiés par visualisation de particules, mesures de force, reconstruction de pression ou mécanique des fluides numérique. Chaque méthode dépend de sa résolution et de ses hypothèses. Une mesure bidimensionnelle peut, par exemple, omettre une part importante d’un écoulement tridimensionnel.

Autres domaines

L’hydrodynamique fluviale applique ces principes aux cours d’eau, aux sédiments et aux limites du lit. En aquaculture, l’analyse des écoulements aide à caractériser le renouvellement de l’eau et les zones de vitesse, mais elle ne suffit pas à déterminer seule le bien-être ou les performances biologiques des poissons.

Références

• Lucas K. N., Dabiri J. O. et Lauder G. V. (2017). « A pressure-based force and torque prediction technique for the study of fish-like swimming ». PLOS ONE, 12, e0189225. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189225
• Voesenek C. J., Muijres F. T. et van Leeuwen J. L. (2018). « Biomechanics of swimming in developing larval fish ». Journal of Experimental Biology, 221, jeb149583. https://doi.org/10.1242/jeb.149583