La peau de requin et les avions de Lufthansa

De la peau de requin sur les avions. 

Les constructeurs automobiles et les compagnies aériennes se sont inspirés des spécimens de la nature pour améliorer l'aérodynamisme de leurs voitures et de leurs avions afin de gagner en vitesse et en énergie. C'est notamment le cas de Lufthansa, qui a récemment appliqué un vernis « peau de requin » sur deux de ces avions. Nous allons étudier plus spécifiquement cet exemple, bien que la peau de requin ait inspiré de nombreux chercheurs dans de nombreux domaines (natation, automobile...).

Lufthansa a utilisé les caractéristiques de la peau des requins car il a été observé que ces animaux ont une apparente facilité à nager. Cette caractéristique serait due à la forme de leur corps, certes, mais aussi à la présence de denticules sur leur peau. Il s’agit d’écailles dont la structure particulière favoriserait l’écoulement laminaire* de l’eau le long du corps, diminuant ainsi la traînée*.

Avion Lufhtansa

C'est pourquoi la compagnie aérienne allemande a annoncé début février 2013 qu’elle allait tester pendant deux ans, sur deux de ses Airbus A340-300 (voir photo ci-dessus), un vernis qui a la particularité de reproduire les propriétés de la peau de requin.

Vernis peau de requin

 Vernis "peau de requin" 

Nous allons donc maintenant voir les caractéristiques biologiques et physiques du requin.

 

I/ Biologie.

Le requin se nourrit de nombreux animaux marins, dont certains particulièrement véloces (thons, dauphins etc.). Pour y parvenir, il doit être capable d'avoir une vitesse de pointe très élevée. En général, les requins nagent à une vitesse moyenne de 8 km/h, mais lorsqu'ils chassent, ils atteignent des vitesses bien plus élevées, le requin mako, le plus rapide de l'espèce mais aussi l'un des poissons les plus rapides, pouvant atteindre une vitesse allant jusqu'à 70 km/h.

Les denticules cutanés présents sur la peau des requins favorisent un écoulement des fluides et permettent donc d'atteindre ces vitesses élevées.

II/ Physique.

La peau de requin, pourtant rugueuse, facilite et améliore son déplacement. Elle est composée de millions de denticules, petites écailles en forme de dents, qui favorisent le déplacement du requin dans l’eau en réduisant la friction* entre son corps et l’eau.

En effet, sur une surface lisse, l’eau en déplacement a tendance à former des vortex (tourbillons) qui ralentissent le déplacement du corps. L’eau au plus proche de la surface du corps se fait ralentir par friction tandis que l’eau plus éloignée de la surface, ne rencontrant pas ce problème de friction, se déplace plus vite. Et c'est la différence de vitesse de ces deux courants qui crée les vortex.

Ce sont les rainures dans les denticules qui permettent de réduire la formation de ces vortex de plusieurs manières :

- elles accélèrent la vitesse de l’eau proche de la peau (car un même volume traversant un canal plus petit augmente sa vitesse) ce qui réduit la différence de vitesse entre l’eau proche et l’eau plus éloignée de la surface du requin.

- du fait de la forme particulière des denticules et de leur orientation, l’eau plus proche de la surface de la peau, et donc plus lente, à tendance à se mélanger à l’eau éloignée se déplaçant plus rapidement. Cela a pour effet de réduire la quantité de vortex créée.

- l’eau s’écoulant sur la surface de la peau de requin est séparée de manière à ce que les vortex créés soient plus petits.

Schema des vortex crees par la surface lisse (paint)

Schéma des vortex créés par la surface lisse