Une équipe de recherche dirigée par l'Université de Tsukuba a créé l'enregistrement le plus complet à ce jour d'un humain nageant sous l'eau comme une anguille ou une lamproie. À l'aide d'équipements de capture de mouvement et de moniteurs de vitesse des particules, les scientifiques ont pu étudier cette propulsion sous-marine « ondulante » et les courants d'eau à proximité qu'elle a créés. Ils ont découvert que les jets produits par les tourbillons de coalescence aident à expliquer l'efficacité de cette méthode de nage, qui pourraient être appliqués à de nouveaux systèmes de propulsion.

Si vous regardez une épreuve de natation olympique, vous serez peut-être surpris de voir les athlètes se tortiller comme des anguilles au départ de la course ou juste après avoir fait demi-tour. Quel que soit le type de nage utilisé pour le reste du tour, ces concurrents ont découvert que ce mouvement ondulatoire est le meilleur moyen d'accélérer rapidement. Cependant, on ne savait pas auparavant pourquoi c'est le cas, et une meilleure compréhension de la propulsion sous-marine peut conduire à des sous-marins et des navires plus efficaces. Pour cette recherche, un nageur de niveau national a été enregistré en train de nager dans un canal d'eau tout en portant 18 marqueurs LED. Des flux de microbulles ont été utilisés comme traceurs des champs de vitesse de l'eau en 3D. Cela a permis aux scientifiques de mieux comprendre la source de la poussée du nageur tout en ondulant sous l'eau.

"Propulsion à travers un fluide, que ce soit l'air ou l'eau, repose généralement sur le principe de conservation de la quantité de mouvement, " explique l'auteur Hirofumi Shimojo. " Par exemple, pousser l'eau vers l'arrière avec vos mains ou vos pieds lorsque vous nagez dans l'océan vous fera avancer. De la même manière, un moteur à réaction peut zoomer dans le ciel en poussant un flux d'air vers l'arrière hors de ses moteurs."

Les chercheurs ont vu que le coup de pied descendant du nageur créait des tourbillons de pointe qui se déplaçaient de l'avant vers l'arrière de ses pieds. Après que ces tourbillons aient disparu du corps du nageur, ils se sont combinés en un "sillage de vortex, " ce qui a entraîné un jet d'eau qui l'a propulsé vers l'avant.

"Notre travail montre l'importance de visualiser les écoulements d'eau complexes pour comprendre l'origine de l'efficacité de la propulsion. Dans ce cas, le nageur gagne en poussée de son coup de pied vers le bas en raison des tourbillons et du jet flow dans son sillage, ", explique l'auteur principal Hideki Takagi.

Ces résultats pourraient potentiellement fournir des informations au-delà du mouvement humain. Ajoute Shimojo, "Ce travail peut nous aider à comprendre les sillages créés par d'autres formes de propulsion sous-marine, y compris ceux qui propulsent les bateaux et les sous-marins.