Les spécificités du Requin
Les requins fascinent l’homme depuis la nuit des temps : nombreux sont les mythes et légendes nés autour de ce prédateur marin. Mangeurs d'hommes ou prédateurs gracieux, ils n'ont cessé d'attiser la curiosité et l'imagination de l'homme et ont ainsi acquis une aura toute particulière. Cependant, nous avons acquis une vision globale correcte de cet animal que depuis peu. Ainsi, les recherches scientifiques ont permis de révéler en quoi les particularités physiques du requin lui permettent un tel hydrodynamisme.
La communauté des chercheurs de la faune et la flore marine a décelé des secrets de l'anatomie du requin jusque-là méconnus de l'homme. Ces découvertes marquent un palier sans précédent pour les recherches sur la mécanique des fluides et l'évolution des techniques d'optimisation de l'aéro et hydrodynamisme, dont les ingénieurs cherchent constamment à repousser les limites. Ces secrets, gardés jalousement par les requins, ont ainsi permis de répondre à de nombreux questionnements que soulevaient les capacités de vitesse, d'accélération, de fluidité de nage et d'endurance de ces animaux qui intriguaient les savants tant elles était remarquables. Celles-ci se trouvent notamment dans les spécificités unique de l'anatomie et de la peau des requins. Elles ont aujourd’hui permis de grands progrès dans la compréhension de l'hydrodynamisme et sont maintenant considérées comme un véritable symbole de l'efficacité du biomimétisme, de l'intérêt d'observer la nature pour assurer notre propre progression.
Premièrement, la forme longiligne des squales leur octroie une pénétration optimale au cours des déplacements. Leur squelette fuselé n'offre pas d'obstacle à l'écoulement des fluides. De plus, les différentes nageoires des requins jouent toutes un rôle indispensable dans la vitesse et l'optimisation de la nage. Ainsi, la nageoire caudale permet au requin de se propulser, d'accélérer et de réaliser des changements brutaux de direction; les nageoires pectorales font office de gouvernail (les ailerons des avions reprennent le même concept) là où les nageoires dorsales servent de stabilisateurs. De cette manière, les requins possèdent d'ores et déjà un hydrodynamisme important qui leur est crucial dans leur survie. En effet, ce sont ces capacité d'accélération fulgurante, de changement de direction rapide, de vitesse et de fluidité de nage, ainsi que leur qualités de stabilisation qui leur donne leur titre de super-prédateur du monde marin.
Une particularité unique des requins leur permet encore d'accroître leur vitesse tout en économisant leur énergie. Cette particularité a retenu une attention toute particulière de la part de la communauté scientifique. En effet, il s’agit des seuls êtres vivants du règne animal à posséder une peau entièrement recouverte de millions de denticules cutanées.
Ces denticules dermiques constituent pour les requins un corset cutané complexe fait de fibres de collagène flexible. Cette protéine est la principale constituante protéique de l'organisme humain ainsi que la plus abondante du règne animal et a pour fonction de conférer aux tissus dermiques du requin une grande résistance mécanique à l'étirement. Elle donne ainsi à la peau sa résistance, son élasticité et sa souplesse: ce qui est indispensable aux requins afin de répondre aux exigences d'élasticité et de résistance à l'étirement requises pendant la nage ou les accélérations. En effet, au cours des ces dernières la peau est soumise à des forces de traction considérables (pouvant dépasser les 20 kg). Les propriétés inextensibles et de résistance aux tractions du collagène permettent d'y palier. De plus, l'importante flexibilité ainsi que la structure cylindrique et hélicoïdale de ces fibres de collagène maximise la capacité de résistance aux tensions exercées sur les fibres. Cette structure agit comme une tresse particulièrement solide; les capacités de flexion de la protéine empêchent toute rupture de cette structure au cours de mouvement brutaux, tout en permettant un accroissement de l'hydrodynamisme et de la pénétration dans l'eau suffisamment conséquent pour être un atout imparable, lors de la chasse sauvegardée, et perfectionnée par des millions d'années d'évolution.
C'est en partant initialement de la peau cartilagineuse des premiers poissons, puis de l'apparition des peaux denticulées des chimères (ancêtres des requins), que l'évolution a abouti au modèle actuel de la peau des squales: un modèle optimisé au mieux à leur vie de prédateur des océans et, grâce au travail du temps, marqué par une perfection de disposition de ces innombrables «dents dermiques» ainsi que par leur parfaite flexibilité et solidité dont nous avons traité plus tôt. C'est ce qu'ont en effet remarqué les scientifiques: les denticules (toutes inclinées vers l'arrière pour des raisons évidentes qui sont d'éviter tout obstacle à l'écoulement de l'eau le long de la silhouette du requin) sont disposées en un véritable réseau hélicoïdal (significatif de par sa complexité, sa précision et ses propriétés techniques mécaniques et physique d'une impressionnante perfection d'exécution). Elles forment un squelette externe qui offre une résistance aux fluides quasi inexistante car fonctionnant selon le principe de l'hélice qui permet ainsi de conférer aux requins leur vitesse tout en réduisant au maximum leur effort et leur dépense d'énergie. De plus, la surface de ces dents dermiques est pourvue de canaux qui permettent d'accentuer la fluidité d'écoulement de l'eau, c'est pourquoi on parle de la peau du requin comme d'une surface micro-rainurée.
Finalement, les denticules permettent de réduire fortement la trainée que provoque le requin pendant la nage (turbulences créées derrière lui lors de ses déplacements), ainsi que la réduction considérable de la résistance aux écoulements laminaires des fluides que déplace le corps du requin lors des mouvements dût à ses accélérations et l'intervention de l'effet de Ribler, que nous développerons plus tard.
A cela vient s'ajouter la disposition parfaite de ces dernières qui prodigue aux requins la capacité unique de devenir «hydrodynamiquement silencieux». Cela est notamment dû au fait que les qualités permises par les spécificités physiques, précédemment énumérées, de ces prédateurs marins font qu'ils «glissent» sans aucune perturbation et donc sans aucun bruit dans l'eau. Cette furtivité se pose ainsi en véritable pièce maîtresse de la technique de chasse des requins qui combine l'avantage de l'effet de surprise (grâce au silence de leurs déplacements) et l'avantage de la vitesse (rendu possible grâce à l'hydrodynamisme de son corps). Afin de parfaire la fluidité de pénétration dans l'eau et l'hydrodynamisme silencieux des requins, la peau de ces derniers a acquis des propriétés hydrophobes ce qui permet un meilleur écoulement des fluides le long du corps entraînant ainsi une nette diminution des turbulences (ou vortex) provoquées par la nage du squale. De cette manière, la glisse de l'animal dans l'eau est accentuée. En effet, les matières hydrophobes (qui sont sujettes à un intérêt tout particulier des scientifiques, des chercheurs et des ingénieurs en biomimétique) sont des matériaux qui, comme leur nom l'indique (hydrophobe= "qui n'aime pas l'eau"), cherchent à éviter tout contact avec l'eau. Elles sont ainsi insolubles dans cette dernière ce qui entraîne de cette manière son rejet par la matière en question. L'eau est ainsi repoussée par la substance hydrophobe. Le rejet mutuel entre la peau du requin et l'eau à son contact résulte ainsi en la propulsion du corps lors des mouvements de nage. C'est par leur flexibilité, leur composition, leur disposition millimétrée, leur capacité à réduire la traînée et les résistances à l'écoulement du fluide du corps du requin, et leurs propriétés hydrophobes, que les denticules cutanées représentent le système hydrodynamique le plus évolué, complexe et efficace que la terre n'ait jamais porté et que la vie n'ait jamais créée.
C'est finalement pour toutes ces raisons que les scientifiques ont vu en ces bijoux d'évolution le parfait potentiel pour franchir un palier sans précédent dans les recherches visant depuis près de deux siècles à repousser les limites des capacités humaines en améliorant nos techniques d'aérodynamisme. C'est pourquoi aujourd’hui, les denticules cutanées des requins ne présentent quasiment plus aucun secret pour les chercheurs et se voient désormais être la principale source d'inspiration et domaine de travail des ingénieurs en aéronautique, naval et, plus précisément, en création des combinaisons de natation à la pointe de la technologie et de ce fait se rapprochant le plus de ce que la nature à créée de plus efficace.
Informations supplémentaires :
Nous venons donc d'aborder en détail le cas des denticules et leurs capacités hors normes à conférer aux requins une pénétration et une glisse dans l'eau quasi parfaite. Cependant, nous pouvons étoffer notre description de ces millions d'excroissances d'émail dermiques en y apportant quelques détails qui n'affectent pas ou peu et qui n'ont pas pour fonction première l'accroissement de l'hydrodynamisme du requin.
En effet, ces denticules tirent leur nom du fait qu'elles sont comparables si ce n'est identiques en tout point aux «véritables» dents comme nous les connaissons. Ainsi, elles sont faites d'email mais prennent racine directement dans le derme du requin où se forme la papille qui est la base de la denticule et constituera sa structure interne d'où partiront les nombreux vaisseaux sanguins. Au cours de sa croissance l'épine de la denticule percera petit à petit l'épiderme du squale. Ce processus résulte ainsi de la création du réseau denticulé recouvrant la peau du requin. Étant faites d'émail, les denticules s'avèrent être relativement solides et offrent au requin une protection plus ou moins efficace. C'est d'ailleurs pourquoi, tout comme les véritables dents des requins, les denticules tombent (parfois 20 000 en une année) et sont remplacées tout au long de leur vie afin d'assurer leur protection dermique et conserver leur atout de vitesse et de silence lors de la nage. De plus, les denticules ont une grande variété de forme et d'épaisseur selon l'endroit du corps sur lequel elles se trouvent et selon l'espèce du requin. En effet, la forme ou même la présence de ces denticules est intrinsèquement liée au mode et au milieu de vie du requin en question. Par exemple, certaines espèces de requins ne présentent pas de denticules sur la partie ventrale de leur corps du fait qu'ils vivent constamment couchés sur le ventre sur les fonds marins. Le sexe de l'animal est aussi un facteur de différence: les femelles ont une peau bien plus épaisse que les mâles. Cette épaisseur permet ainsi de protéger plus efficacement les femelles des morsures des mâles lors des parades nuptiales et lors de l'accouplement.
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