Bien que quelques rares études aient clarifié une partie de la physique derrière la dextérité des pingouins, la plupart d’entre elles se sont concentrées sur la nage vers l’avant plutôt que sur le virage. Bien que l’on puisse affirmer que les études existantes sur les mécanismes de rotation des oiseaux volants pourraient éclairer ce sujet, l’eau est 800 fois plus dense que l’air, et donc les mécanismes de rotation utilisés sont vraisemblablement très différents entre ces milieux.

Afin de combler ce manque de connaissances, deux scientifiques japonais de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), dont le professeur associé Hiroto Tanaka, ont récemment mené une étude. L’objectif principal de ce travail, qui a été publié dans Journal de biologie expérimentaleétait de mieux comprendre la cinématique tridimensionnelle (3D) et les forces hydrodynamiques qui permettent aux manchots de tourner sous l’eau.

Les chercheurs ont enregistré deux sessions de manchots papous (Pygoscelis papou) nager librement dans un grand réservoir d’eau à l’aquarium de Nagasaki Penguin, au Japon, en utilisant une douzaine de caméras sous-marines ou plus. Ensuite, grâce à une technique appelée transformation linéaire directe 3D, ils ont pu intégrer les données de toutes les images et effectuer des analyses de mouvement 3D détaillées en suivant différents points sur le corps et les ailes des pingouins.

Armés de ces données, les chercheurs ont ensuite établi un modèle mathématique 3D du corps des pingouins. Ce modèle couvrait l’orientation et les angles du corps, les différentes positions et mouvements des ailes lors de chaque coup, les paramètres cinématiques et les forces hydrodynamiques associés, ainsi que diverses métriques de virage. Grâce à des analyses statistiques et à des comparaisons avec les données expérimentales, les chercheurs ont validé le modèle et ont pu mieux comprendre le rôle des ailes et d’autres mouvements du corps lors des virages.

Les principales conclusions de l’étude étaient liées à la façon dont les pingouins génèrent une force centripète pour assister leurs virages. Ils y parviennent, en partie, en maintenant une inclinaison vers l’extérieur, ce qui signifie qu’ils inclinent leur corps de telle sorte que leur ventre soit tourné vers l’intérieur. Dans les virages motorisés – ceux dans lesquels le pingouin bat des ailes – la majorité des changements de direction se produisent pendant la course ascendante, tandis que la poussée vers l’avant se produit pendant la course descendante. De plus, il s’avère que les pingouins battent des ailes avec une certaine asymétrie lors des virages motorisés. « Nous avons trouvé des différences controlatérales dans le mouvement de l’aile ; l’aile à l’intérieur du virage devient plus élevée pendant la course vers le haut que l’autre », explique Assoc. Prof. Tanaka, « Des calculs quasi-stables des forces de l’aile ont confirmé que cette asymétrie dans le mouvement de l’aile avec l’inclinaison vers l’extérieur contribue à la génération d’une force centripète pendant la course ascendante. Dans la course descendante suivante, l’aile intérieure génère une poussée et un couple de contre-lacet pour freiner le tournant. »

Dans l’ensemble, ces découvertes contribuent à une meilleure compréhension de la façon dont les pingouins tournent lorsqu’ils nagent, ce qui est pertinent d’un point de vue biologique et technique. Cependant, Assoc. Le professeur Tanaka fait remarquer que ces découvertes n’apportent qu’une pièce au puzzle : « Les mécanismes de diverses autres manœuvres chez les pingouins, telles que l’accélération rapide, le tangage de haut en bas et le saut hors de l’eau, sont encore inconnus. Notre étude sert de la base d’une meilleure compréhension des manœuvres plus complexes. »

Espérons que les recherches futures aideront à clarifier pleinement comment les pingouins réalisent leurs prouesses aquatiques fascinantes !