Étudier la peau du grand requin blanc pour diminuer la traînée des avions !

Le grand requin blanc (Carcharodon carcharias) est un chasseur rapide et puissant, capable d’atteindre des vitesses allant jusqu’à 6,7 m/s lors des sauts en dehors de l’eau, bien qu’il préfère nagent à des vitesses plus lentes pendant sa migration et en attendant sa proie. Une équipe de chercheurs japonais a étudié la structure de la peau du grand requin pour mieux comprendre comment ces créatures s’adaptent si bien à une large gamme de vitesses. Leurs découvertes pourraient conduire à des avions et des bateaux plus efficaces avec une traînée considérablement réduite, selon un article récent publié dans le Journal de la Royal Society Interface.

Comme nous l’avons précédemment rapporté, quiconque a touché un requin sait que la peau se sent lisse lorsqu’on la caresse de la tête à la queue. En inversant la direction, cela ressemble plutôt à du papier de verre. Cela est dû à de minuscules écailles translucides, d’environ 0,2 millimètre de taille, appelées “denticules” (car elles ressemblent fortement à des dents) présentes sur tout le corps du requin, surtout concentrées sur les flancs et les nageoires de l’animal. C’est comme une armure pour les requins et cela sert également à réduire la traînée dans l’eau lors de la nage.

La traînée par pression résulte de la séparation d’écoulement autour d’un objet, comme un aéronef ou le corps d’un requin mako lorsqu’il se déplace dans l’eau ; l’ampleur de la traînée par pression est déterminée par la forme de l’objet. Cela se produit lorsque l’écoulement du fluide se sépare de la surface d’un objet, formant des tourbillons qui entravent le mouvement de cet objet. Étant donné que le corps du requin ondule constamment pendant la nage, il a besoin de quelque chose pour aider à maintenir l’écoulement attaché autour de ce corps afin de réduire cette traînée. Les denticules remplissent cette fonction.

Il existe également une traînée de frottement résultant de la force de cisaillement entre le milieu fluide et la surface d’un objet en mouvement. En gros, lorsqu’un objet se déplace à travers un fluide, comme l’air ou l’eau, le fluide le plus proche de la surface de l’objet, connu sous le nom de couche limite, est entraîné avec lui, exerçant une force sur l’objet dans le sens opposé à la direction du mouvement. Plus la distance à partir de la surface est grande, plus la vitesse de l’écoulement est élevée.

Par exemple, les requins mako peuvent nager à des vitesses allant jusqu’à 70 à 80 mph, ce qui leur a valu le surnom de “guépards des océans”. En 2019, des scientifiques de l’Université de l’Alabama ont déterminé un facteur majeur dans la façon dont les requins mako peuvent se déplacer si rapidement : la structure unique de leur peau, en particulier les denticules situés autour des flancs et des régions des nageoires de leur corps. Les requins mako ont évolué pour avoir un aspect “poilu” passif distinct sur certaines de leurs écailles pour nager plus vite. Près des zones comme le nez, les écailles ne sont pas particulièrement flexibles, ressemblant davantage à des molaires intégrées dans la peau. Mais près des flancs et des nageoires, les écailles sont beaucoup plus flexibles.

Cela a un impact profond sur le degré de traînée par pression que rencontre le requin mako lors de sa nage. Les denticules du requin mako peuvent se plier à des angles de plus de 40 degrés par rapport à son corps, mais uniquement dans la direction de l’écoulement inversé (c’est-à-dire, de la queue vers le nez). Cela contrôle le degré de séparation de l’écoulement, semblable aux alvéoles sur une balle de golf. Les alvéoles, ou écailles dans le cas du requin mako, aident à maintenir un écoulement attaché autour du corps, réduisant la taille du sillage.

En réfléchissant à ces découvertes fascinantes, je suis frappé par la manière dont la nature optimise les formes et les structures pour permettre une efficacité incroyable. Cette compréhension des mécanismes biologiques pourrait bien influencer la conception de nouvelles technologies, que ce soit dans le domaine de l’aéronautique ou de la navigation. À l’avenir, nous pourrions bien voir des innovations inspirées par ces créatures marines majestueuses et leur adaptation remarquable à leur environnement.