Mécanique des fluides

La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie le comportement des liquides et des gaz au repos ou en mouvement, ainsi que les forces qu’ils échangent avec leurs limites. Elle fournit le cadre utilisé pour analyser l’écoulement de l’eau dans un bassin, autour d’un poisson ou à travers un dispositif d’aquaculture.

Grandeurs et lois de conservation

Un fluide est décrit notamment par sa vitesse, sa pression, sa masse volumique et sa viscosité. Les modèles relient ces grandeurs au moyen des lois de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie. Selon l’échelle et la question, le fluide peut être approximé comme incompressible, newtonien ou continu ; ces hypothèses doivent être explicitées.

La statique des fluides traite des situations sans mouvement macroscopique. La dynamique des fluides étudie les écoulements. L’hydrodynamique concerne plus particulièrement les liquides, tandis que l’aérodynamique s’intéresse principalement aux gaz.

Application aux poissons

Autour d’un poisson, la vitesse du corps et des nageoires modifie la pression et les contraintes visqueuses exercées par l’eau. La biomécanique associe ces actions externes aux mouvements, aux forces musculaires et aux propriétés des tissus.

Les écoulements peuvent être étudiés expérimentalement ou par mécanique des fluides numérique. Un modèle numérique discrétise le domaine et résout des équations sous des conditions initiales et aux limites définies. Sa précision dépend du maillage, du traitement de la turbulence, du mouvement des surfaces et des données utilisées pour le valider.

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