Aujourd'hui, de nouvelles recherches révèlent une autre prouesse technique de la structure de cet ancien animal :sa capacité à filtrer la nourriture en utilisant uniquement les faibles courants ambiants des profondeurs océaniques, sans qu'aucun pompage ne soit nécessaire.

Cette découverte d'un contrôle de flux naturel « zéro énergie » par une équipe de recherche internationale codirigée par l'Université de Rome Tor Vergata et la NYU Tandon School of Engineering pourrait aider les ingénieurs à concevoir des réacteurs chimiques, des systèmes de purification de l'air, des échangeurs de chaleur, des systèmes hydrauliques, et surfaces aérodynamiques.

Dans une étude publiée dans Physical Review Letters , l'équipe a découvert, grâce à des simulations informatiques à très haute résolution, comment la structure squelettique de l'éponge du panier de fleurs de Vénus (Euplectella aspergillum) détourne des courants marins profonds très lents pour s'écouler vers le haut dans la cavité centrale de son corps, afin qu'elle puisse se nourrir de plancton et d'autres détritus marins. il filtre hors de l'eau.

L'éponge y parvient via sa surface extérieure en spirale et striée qui fonctionne comme un escalier en colimaçon. Cela lui permet d'aspirer passivement l'eau vers le haut à travers son cadre poreux en forme de treillis, le tout sans la demande énergétique du pompage.

"Notre recherche règle un débat qui a émergé ces dernières années :l'éponge du panier de fleurs de Vénus pourrait être capable d'absorber les nutriments de manière passive, sans aucun mécanisme de pompage actif", a déclaré Maurizio Porfiri, professeur au NYU Tandon Institute et directeur de son Centre pour les sciences urbaines. + Progress (CUSP), qui a co-dirigé l’étude et co-supervisé la recherche. "C'est une adaptation incroyable qui permet à ce filtreur de prospérer dans des courants normalement impropres à l'alimentation en suspension."

À des vitesses d’écoulement plus élevées, la structure en treillis contribue à réduire la traînée sur l’organisme. Mais c’est dans le calme quasi-immobile des fonds marins que ce système de ventilation naturelle est le plus remarquable et démontre à quel point l’éponge s’adapte à son environnement hostile. L'étude a révélé que la capacité de l'éponge à aspirer passivement de la nourriture ne fonctionne qu'aux vitesses de courant très lentes (à peine quelques centimètres par seconde) de son habitat.

"D'un point de vue technique, le système squelettique de l'éponge présente des adaptations remarquables à son environnement, non seulement du point de vue structurel, mais aussi en ce qui concerne ses performances dynamiques des fluides", a déclaré Giacomo Falcucci de l'Université Tor Vergata de Rome et Harvard. University, le premier auteur de l'article.

Avec Porfiri, Falcucci a codirigé l'étude, co-supervisé la recherche et conçu les simulations informatiques. "L'éponge est arrivée à une solution élégante pour maximiser l'apport de nutriments tout en fonctionnant entièrement via des mécanismes passifs."

Les chercheurs ont utilisé le puissant superordinateur Leonardo du CINECA, un centre de calcul intensif en Italie, pour créer une réplique 3D très réaliste de l'éponge, contenant environ 100 milliards de points individuels qui recréent la structure complexe de la crête hélicoïdale de l'éponge. Ce « jumeau numérique » permet des expérimentations impossibles sur des éponges vivantes, qui ne peuvent survivre en dehors de leur environnement marin profond.

L’équipe a effectué des simulations très détaillées de l’écoulement de l’eau autour et à l’intérieur du modèle informatique du squelette de l’éponge du panier de fleurs de Vénus. Grâce à l'énorme puissance de calcul de Leonardo, permettant des quadrillions de calculs par seconde, ils pourraient simuler une large gamme de vitesses et de conditions d'écoulement de l'eau.

Les chercheurs affirment que les connaissances en ingénierie biomimétique qu’ils ont découvertes pourraient aider à guider la conception de réacteurs plus efficaces en optimisant les schémas d’écoulement à l’intérieur tout en minimisant la traînée à l’extérieur. Des surfaces poreuses et striées similaires pourraient améliorer les systèmes de filtration de l’air et de ventilation des gratte-ciel et d’autres structures. Les crêtes asymétriques et hélicoïdales peuvent même inspirer des coques ou des fuselages à faible traînée qui restent profilés tout en favorisant les flux d'air intérieurs.

L'étude s'appuie sur les recherches antérieures de l'équipe sur les éponges du panier de fleurs de Vénus publiées dans Nature. en 2021, dans laquelle elle a révélé avoir créé la toute première simulation de l'éponge des grands fonds et de la manière dont elle réagit et influence l'écoulement de l'eau à proximité.