E5 Propulsion à réaction

Topique

La propulsion par jet se manifeste dans deux contextes distincts : la propulsion continue utilisée par les céphalopodes, qui ne sont pas des poissons, et, plus pertinent en ichtyologie, la réaction de fuite en forme de C, médiée par le neurone de Mauthner. Lors de cette réaction, le poisson accumule d'abord de l'énergie élastique en courbant son corps en forme de C, puis se déploie de manière explosive, générant une impulsion de jet qui le propulse dans la direction opposée à la menace initiale. Ce mécanisme de propulsion utilise également l'éjection d'eau des cavités buccale et operculaire du poisson comme source de poussée supplémentaire.

Le modèle physique central décrivant cette impulsion de jet stipule que la force propulsive générée est proportionnelle au débit d'éjection de l'eau, multiplié par la vitesse de cette éjection par rapport au poisson.

La géométrie de ce jet – qui combine la vitesse d'éjection, la durée de l'impulsion et le diamètre de l'orifice de sortie de l'eau – détermine si le jet forme un anneau tourbillonnaire optimal. Selon les critères de Gharib, cela se produit pour une valeur proche de quatre dans cette combinaison géométrique, maximisant ainsi l'impulsion obtenue pour chaque unité d'énergie dépensée.

Chez les poissons possédant une vessie natatoire et une bouche et une ouverture operculaire de taille adéquate, l'éjection d'eau lors du réflexe de Mauthner peut générer des accélérations comprises entre 40 et 100 mètres par seconde au carré en moins de 30 millisecondes.

La vitesse de fuite maximale atteinte par le poisson grâce à cette réponse en forme de C est proportionnelle à sa longueur corporelle et à la quantité de muscle blanc disponible – le même muscle à contraction rapide et fatigable décrit dans le modèle électromyographique de ce recueil que celui que le poisson recrute précisément pour les sprints et pour cette accélération en forme de C. L'efficacité du jet pulsé est généralement inférieure à celle de la propulsion par onde caudale continue décrite dans les modèles de propulsion de ce recueil, mais sa puissance de pointe est bien supérieure, faisant de cette réponse en forme de C la stratégie optimale de survie face à un prédateur, même au prix d'une efficacité énergétique moindre.

Le comportement attendu de cette propulsion par jet est que la distance que le poisson parvient à parcourir dans les 100 premières millisecondes est le meilleur indicateur de sa survie face au prédateur, et que la réponse de Mauthner qui déclenche tout ce mécanisme a une latence fixe comprise entre deux et six millisecondes, déterminée par la vitesse de conduction nerveuse de l'axone géant de Mauthner, le même type de conduction nerveuse qui, comme décrit dans le modèle d'effondrement thermique de cette collection, peut être compromise par un choc thermique.

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