A3 Augmentation de la traînée

Topique

La surface corporelle du poisson est un élément central de ce modèle, car c'est là que se produisent les deux causes les plus fréquentes d'augmentation de la résistance à la nage chez les poissons sauvages : la charge microbienne externe qui adhère au corps et les dommages causés aux écailles qui le recouvrent. Les ectoparasites et les écailles endommagées ou manquantes modifient chacun l'hydrodynamique de la couche limite entourant le poisson, et tous deux augmentent finalement le même phénomène physique : la résistance due au frottement et à la pression que le poisson doit vaincre en nageant.

Parmi les ectoparasites qui adhèrent à la surface corporelle, on trouve des isopodes comme les Gnathia, des copépodes comme les Lepeophtheirus et des trématodes, ainsi que d'autres organismes similaires. En se fixant au corps, ces parasites modifient directement l'hydrodynamique de la couche limite et augmentent considérablement la résistance due au frottement et à la pression. Lorsque le parasite fixé est de grande taille — les isopodes, par exemple, peuvent atteindre deux centimètres —, il ajoute une force de traînée locale supplémentaire, qui augmente proportionnellement à la surface frontale du parasite et au carré de la vitesse de nage du poisson : un parasite plus gros ou une vitesse de nage plus élevée augmentent tous deux cette force de traînée locale supplémentaire.

Les écailles endommagées ou manquantes agissent sur la surface du corps différemment des parasites. Lorsqu'une écaille est perdue ou endommagée, le corps du poisson ne présente plus la microstructure de surface que l'écaille fournissait pour réduire la traînée — l'effet des fines stries sur les écailles cténoïdes — et une rugosité comparable à celle d'un grain de sable apparaît, ce qui provoque un régime turbulent dans l'écoulement de l'eau autour du corps plus rapidement que sur une surface saine. L'effet de la rugosité de surface sur la traînée peut être résumé par un nombre sans dimension qui combine la hauteur de la rugosité avec la vitesse de frottement de l'écoulement et la viscosité de l'eau. Tant que ce nombre reste faible, la traînée de frottement dépend encore du régime d'écoulement global. Cependant, dès qu'il dépasse une valeur proche de soixante-dix, la surface devient hydrauliquement rugueuse et la traînée de frottement cesse de dépendre du régime d'écoulement ; elle est alors uniquement déterminée par le rapport entre la hauteur de rugosité et la longueur du corps du poisson.

La traînée supplémentaire générée par les parasites et les écailles endommagées a un coût biologique concret, que l'on peut estimer par la capacité du poisson à échapper à un prédateur. La vitesse de fuite maximale du poisson diminue proportionnellement à la traînée supplémentaire qu'il subit, et le rayon de fuite sécuritaire – la distance à laquelle le poisson peut encore distancer son poursuivant – diminue de façon quadratique à mesure que la vitesse relative entre eux diminue : une faible diminution de la vitesse relative entraîne une diminution beaucoup plus importante de ce rayon de fuite sécuritaire.

L'ampleur de ce coût dépend de la charge parasitaire du poisson : en cas d'infestations sévères, avec plus de cent copépodes par poisson, le coût de transport peut augmenter de trente à quatre-vingts pour cent, et la vitesse de nage critique soutenue peut être réduite de vingt à quarante pour cent. De manière générale, l'impact de cette traînée supplémentaire est proportionnel au rapport entre la surface frontale du parasite et celle du poisson, ainsi qu'au carré de la vitesse de nage. Ainsi, les parasites de grande taille et les vitesses de nage élevées sont les plus néfastes pour le poisson.

Ainsi, la charge biologique externe et les dommages aux écailles, bien qu'agissant sur la surface corporelle du poisson par des mécanismes différents, aboutissent au même résultat : un poisson qui subit une traînée excessive dépense plus d'énergie pour nager à la même vitesse et, lorsqu'il doit échapper à un prédateur, dispose d'une marge de vitesse et d'une distance de sécurité réduites par rapport à un individu dépourvu de cette charge biologique externe.

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