A5 Rupture de flottabilité

Topique

La vessie natatoire est l'élément clé de ce modèle : sa fonction est de maintenir un volume de gaz suffisant pour compenser la densité plus élevée des tissus du poisson par rapport à l'eau environnante (entre 1 060 et 1 090 kg/m³ contre environ 1 025 kg/m³ pour l'eau). La perte de flottabilité survient lorsque la vessie natatoire perd son intégrité structurelle, que ce soit à cause d'une perforation due à des parasites, une infection bactérienne ou un traumatisme mécanique. Elle ne peut alors plus maintenir le volume de gaz nécessaire à cette compensation de densité. Une vessie natatoire qui ne compense plus la densité des tissus exerce une force nette qui pousse le poisson vers le fond. Le poisson ne peut contrer cette force qu'en nageant activement et continuellement, même au repos, ce qui représente un coût métabolique important comparé à celui d'un poisson dont la vessie natatoire est intacte.

La défaillance de la vessie natatoire peut être partielle, lorsqu'une microperforation permet une fuite lente de gaz, ou totale, lorsque la vessie s'affaisse brutalement. En cas de défaillance partielle de la vessie natatoire, le gaz diffuse hors de la vessie endommagée selon le même principe que la diffusion à travers toute membrane lésée : le taux de perte de gaz augmente avec la surface de la membrane endommagée, avec la différence de pression entre l’intérieur de la vessie et les tissus environnants, et avec la perméabilité de la membrane endommagée. À mesure que le volume de gaz dans la vessie natatoire diminue, la force nette descendante décrite précédemment s’intensifie.

Pour compenser cette force nette descendante, le poisson dont la vessie natatoire est endommagée nage la tête inclinée vers le haut, générant une composante verticale de portance hydrodynamique qui compense partiellement le volume de gaz perdu. Cependant, cette nage augmente la résistance à l’eau que le poisson doit vaincre et réduit son efficacité propulsive globale. Le coût énergétique du maintien de cette position inclinée n’augmente pas proportionnellement à la force nette descendante à contrer, mais beaucoup plus rapidement : il augmente avec le carré de cette force. Ainsi, une vessie natatoire de plus en plus endommagée impose un coût énergétique qui explose avant même la perte de flottabilité.

Il existe également un second mode de défaillance, spécifique aux poissons des grands fonds dont la vessie natatoire est endommagée : si l’un de ces poissons remonte rapidement à la surface, le gaz restant dans sa vessie natatoire se dilate, comme c’est le cas pour tout gaz lorsque la pression extérieure diminue. Cependant, la vessie natatoire endommagée ne peut plus réabsorber ce gaz en expansion. Elle se distend excessivement, et cette distension génère une force de flottabilité excessive qui pousse inévitablement le poisson vers la surface, dans la direction exactement opposée à la force nette descendante qui domine le reste du modèle.

En résumé, une vessie natatoire endommagée – qu’elle perde lentement du gaz, qu’elle s’affaisse soudainement ou qu’elle se distende excessivement lors d’une remontée rapide – prive le poisson de sa fonction initiale de maintien aisé de sa position dans la colonne d’eau. Le comportement qui en résulte est caractéristique : le poisson nage avec une inclinaison anormale du corps, suit une trajectoire circulaire au lieu d’une trajectoire rectiligne et perd la capacité de rester immobile dans la colonne d’eau, capacité qu’un poisson à la vessie natatoire intacte possède sans difficulté.

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