Le concert de mouvements qui fait la renommée des bancs de poissons n'est pas simplement une démonstration élaborée de nage synchronisée. Leur mouvement collectif apparemment télépathique fait partie d'une stratégie éprouvée pour améliorer les chances de survie du groupe dans son ensemble, de la défense contre les prédateurs à la recherche de nourriture et à l'accouplement.

Une étude publiée dans Examen physique X offre de nouveaux détails qui montrent comment les flux aquatiques créés par certains bancs de poissons peuvent profiter à chacun de ses membres d'une autre manière encore – hydrodynamiquement.

Une équipe de recherche du New Jersey Institute of Technology (NJIT) et de l'Université de New York (NYU) a présenté un nouveau modèle mathématique capable de déterminer quelles formations donnent aux nageurs d'une école le plus grand avantage en matière d'efficacité énergétique et de vitesse, en particulier par rapport aux poissons sans bancs.

Les chercheurs disent que l'étude offre une image physique qui illustre comment les nageurs dans les bancs de poissons sont influencés par la connexion constante entre les ailes battantes de chaque nageur et les tourbillons d'écoulement persistants générés par le collectif.

« Il y a beaucoup de littérature scientifique qui s'est concentrée sur la dynamique des bancs de poissons et les interactions sociales qui les façonnent, comme la nécessité de prendre des formations pour éviter les prédateurs par exemple, " dit Anand Oza, professeur adjoint au département de mathématiques du NJIT et l'un des auteurs de l'étude. « Souvent négligé, cependant, a été la dynamique des fluides ... « les flux de fluides peuvent-ils réellement influencer la structure des écoles ? ». Ce que je trouve passionnant, c'est qu'avec cette étude, nous pouvons maintenant indiquer quantitativement comment l'hydrodynamique peut aider ou même entraver une école. »

L'équipe a examiné quatre types courants de bancs de poissons en mouvement :des formations en ligne, formations "phalanges" en file indienne, formations rectangulaires en "réseau"; et des formations en réseau de diamants.

En appliquant les données expérimentales d'études précédentes menées à NYU à leur modèle, l'équipe a capturé une gamme d'interactions hydrodynamiques subtiles qui se produisent dans divers bancs de poissons, montrant combien d'énergie a été exercée par chaque poisson à partir de leurs mouvements de battement alors qu'ils nageaient dans leur formation. Le modèle de l'équipe a également suivi les forces dues aux petits tourbillons ressemblant à des tourbillons que les nageurs perdent à chaque coup, montrant à quel point les poissons ont été propulsés par les flux de vortex générés par leurs camarades de classe.

Globalement, les simulations informatiques de l'équipe ont révélé que les écoles formées en une seule ligne transversale (phalange) ont bénéficié d'économies de vitesse et d'énergie marginales par rapport aux nageurs solitaires, tandis que les formations en treillis en ligne et rectangulaires ont offert des améliorations substantielles. Cependant, l'équipe a observé que les poissons organisés dans une formation en réseau de diamants recevaient le plus grand avantage hydrodynamique.

"Constater que la formation du diamant est la meilleure n'était pas tout à fait surprenant, mais ce que nous avons appris, c'est que tous les diamants ne sont pas égaux... la géométrie compte. Généralement, plus la formation de diamant est fine, meilleure est la performance, " expliqua Oza.

Oza dit maintenant que son équipe espère développer davantage son modèle pour étudier une dynamique similaire dans les troupeaux d'oiseaux. Les résultats pourraient avoir des applications d'ingénierie dans la récupération d'énergie et la propulsion, peut-être de manières qui peuvent être utiles pour développer des parcs éoliens plus efficaces.

"Nous devons valider davantage notre modèle et effectuer plus de tests, mais idéalement, je pourrais voir des modèles conceptuellement similaires utilisés pour aider à déterminer comment organiser les éoliennes ensemble pour obtenir le meilleur rendement énergétique, " a déclaré Oza. "Nous aimerions également utiliser ce modèle pour examiner comment les tourbillons et la mémoire à médiation fluide peuvent influencer le comportement collectif d'écoles et de troupeaux densément peuplés ou désordonnés. C'est une perspective passionnante qui n'a pas été beaucoup explorée."