E5 Thermorégulation et homéostasie physique

Topique

L'interaction d'un mammifère avec son environnement physique — air, eau ou sol granuleux comme le sable ou la terre meuble — crée des forces de résistance et de propulsion qui s'ajoutent à celles déjà exercées par la gravité sur son corps. Chacun de ces trois milieux impose un type de résistance spécifique au mouvement de l'animal.

Dans l'air, la résistance aérodynamique exercée par le milieu sur le corps de l'animal augmente avec le carré de sa vitesse ; ainsi, doubler la vitesse quadruple cette résistance. Chez les mammifères qui atteignent des vitesses très élevées, comme le guépard ou le lévrier, cette résistance aérodynamique peut devenir le facteur limitant leur vitesse maximale.

Dans l'eau, deux formes distinctes de résistance limitent la vitesse de l'animal : la résistance visqueuse, due au frottement de l'eau sur le corps, et la résistance de vague, qui se produit lorsque le corps génère des vagues à la surface de l'eau en se déplaçant. Simultanément, l'eau exerce une force de poussée vers le haut sur le corps de l'animal, égale au poids de l'eau déplacée. Cette poussée d'Archimède réduit l'effort que l'animal doit déployer contre la gravité lorsqu'il nage.

Dans les sols granuleux comme le sable ou la terre meuble, les mammifères fouisseurs et ceux qui marchent sur un sol meuble subissent des forces de résistance qui augmentent à la fois avec la profondeur d'enfoncement du pied dans le substrat et avec la vitesse de déplacement de celui-ci. Ainsi, un pied qui s'enfonce plus profondément ou se déplace plus vite dans le substrat rencontre une résistance plus importante.

La résistance visqueuse de l'eau, mentionnée dans le cas de la nage, n'est pas aussi prépondérante chez tous les mammifères aquatiques : un nombre sans dimension, comparant l'importance des forces d'inertie de l'eau en mouvement à celle des forces visqueuses qui la ralentissent, distingue deux régimes distincts. Chez les petits mammifères aquatiques, le régime visqueux domine, la résistance visqueuse prévalant alors sur la résistance d'inertie. Chez les grands mammifères aquatiques qui nagent, en revanche, l'écoulement turbulent domine, l'inertie de l'eau en mouvement prévalant sur la viscosité.

Dans ce même contexte de nage, un autre nombre sans dimension, qui relie la fréquence et l'amplitude du mouvement propulsif de l'animal à sa vitesse de déplacement, décrit l'efficacité de cette propulsion : il existe une combinaison de fréquence, d'amplitude et de vitesse qui maximise l'efficacité propulsive, et les mammifères aquatiques qui s'écartent sensiblement de cette combinaison nagent à un coût énergétique comparativement plus élevé.

Chez les petits mammifères semi-aquatiques, tels que les loutres ou les castors, un mécanisme supplémentaire entre en jeu : le frottement entre la fourrure de l'animal et l'eau environnante joue un rôle important dans la résistance totale à laquelle il est confronté lorsqu'il nage, un rôle comparativement moins pertinent chez les grands mammifères aquatiques, dont la fourrure est moins dense par rapport à leur taille. Ceci complète le tableau des forces de résistance et de propulsion, en plus de la gravité, qui ouvrait cette description de l'interaction du mammifère avec son environnement physique.

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