Dans une étude publiée dans Physical Review Letters, des chercheurs de l'Université Grenoble Alpes présentent un modèle de nageur qui remplace les détails complexes des nageoires, des palmes et des ondulations par une simple combinaison de dipôles de forces et de couples - les ingrédients de base du mouvement dans un fluide. Malgré sa simplicité, le modèle reproduit avec succès le comportement de nage dans une vaste gamme de nombres de Reynolds (une mesure des forces inertielles par rapport aux forces visqueuses), du mouvement microbien lent à la propulsion turbulente des poissons.

Les simulations de l'équipe, basées sur la dynamique des fluides décrite par l’équation de Navier-Stokes en 3D, reproduisent non seulement les caractéristiques de l'écoulement, telles que les sillages tourbillonnaires observés chez les poissons, mais mettent également en évidence des lois d'échelle universelles reliant la vitesse, la taille et la production de force du nageur. Ces lois classent clairement la nage en trois catégories : Stokes (lent, visqueux), laminaire et turbulent, et correspondent remarquablement bien à des centaines de données expérimentales provenant d'animaux aquatiques et de micro-organismes réels. Fait important, l'étude introduit un nouveau « nombre de poussée » sans dimension qui rend compte des forces physiques à l'origine de la nage et prédit l'efficacité de la nage à toutes les échelles.


« Notre modèle montre qu'en dépit des différences de forme ou de style de nage, tous les nageurs obéissent à la même physique de base », explique le premier auteur, Bruno Ventéjou. « Cela ouvre la voie à des simulations précises et à grande échelle de groupes d'animaux en mouvement, comme les bancs de poissons ou les essaims microbiens ».

En réduisant les mouvements aquatiques à l'essentiel, ce modèle offre un outil puissant pour l'analyse de la nage et la conception de robots bio-inspirés efficaces.