Nager avec les requins

Par Karen McDonald

Traduction par Marilynn Paquette

“Le biomimétisme est la science et l’art qui reproduisent les meilleures idées biologiques de la nature afin de résoudre des problèmes de matière humaine”  ¹. Les humains utilisent le biomimétisme depuis des centaines d’années. Il semble que nous avons tout récemment découvert ce fait et que nous commençons à apprendre et à reproduire comment la nature résout des problèmes. Au lieu de dire “Comment puis-je résoudre ce problème?”, nous nous demandons maintenant “Comment la nature résout ce problème?” En utilisant la nature en tant que modèle, nous pouvons créer des systèmes plus efficaces ayant été prouvés au fil du temps. Comme exemple du biomimétisme, les ingénieurs doivent résoudre le problème de résistance des pales d’éolienne. Pour faire cela, ils font équipe avec des chercheurs qui étudient les nageoires des baleines, qui sont aérodynamiques. Aujourd’hui, les pales d’éoliennes sont construites avec les mêmes courbes qu’une nageoire de baleine afin de réduire la résistance d’environ 35 %. Ce virage augmente la quantité d’énergie disponible  ².

Même si les requins habitent un monde étranger, ils peuvent fournir des solutions à nos problèmes si nous apprenons leur mode de vie.   Les requins sont des créatures aquatiques efficaces qui ont survécu depuis des millions d’années. En étudiant leur façon de nager, leurs écailles, leur système électromagnétique et plus, nous pouvons commencer à reproduire ces éléments et à créer une façon de vivre plus durable et plus saine pour l’environnement.

Activités en classe :

Révisez avec les élèves ce qu’est le biomimétisme et discutez brièvement de l’adaptation de la nage des requins (voir l’encadré). Demandez-leur de trouver quelques questions qu’ils pourraient se poser à propos de nager dans l’eau ou de la propreté de celle-ci. Les questions peuvent être :

Comment puis-je nager plus efficacement dans l’eau?

Quelle forme un bateau ou un navire doit-il avoir pour se déplacer plus aisément dans l’eau?

Comment puis-je garder mon navire propre sous l’eau? Comment conserve-t-on un hôpital propre?

Démonstration de la taille et de la forme du requin

Pour cette activité, vous découperez des silhouettes de requins de grandeur nature dans du plastique noir. Cela permettra aux élèves de prendre les requins et de comparer les formes et les tailles de différentes espèces. Pour les plus jeunes élèves, vous pouvez disposer les requins sur le sol et voir combien d’élèves peuvent entrer à l’intérieur d’un requin. Même si au départ un investissement est nécessaire, ces découpes peuvent durer une longue période et peuvent se ranger facilement dans un tube et être conservées pour des classes futures ou être accrochées dans la pièce pour tout le groupe.

Matériel : rouleau de plastique noir, ciseaux, ruban adhésif, ordinateur portable et projecteur, règle ou mètre à ruban, grand mur nu ou espace pour accrocher, image ou vue graphique latérale de différentes espèces de requins comme le grand requin blanc, le requin-tigre, le requin-nourrice et le requin-taureau.

Procédure :

• Faites une recherche et choisissez les espèces de requins que vous voulez présenter à vos élèves, en étant certains de trouver la grandeur nature des requins.
• Trouvez des formes de silhouettes de requins en ligne.
• Coupez une pièce de plastique noir de la taille du requin que vous allez découper, en étant certains d’ajouter une longueur supplémentaire pour la queue au besoin.
• Accrochez le plastique noir au mur nu et projetez-y la taille du requin voulu. Ceci est plus facile si le mur est blanc.
• Reculez le projecteur jusqu’à ce que la forme atteigne la taille réelle du requin et demandez à quelqu’un de vous aider à mesurer la forme afin de vous assurer qu’elle est correcte. Elle doit être du bout du nez à la base de la queue, et non au bout de la queue.
• Demandez à quelqu’un de vous aider à l’aide du ruban adhésif à faire le contour du requin sur le plastique noir.
• Décrochez le plastique et coupez à l’extérieur du ruban adhésif. Assurez-vous d’utiliser un bout de ruban adhésif pour écrire l’espèce de requin sur la tête ou la queue afin de le reconnaître.

Nageoires et queues de requin

Ceci est un exercice simple qui peut être réalisé rapidement avec des élèves plus âgés ou qui peut être plus long avec des élèves plus jeunes.

Matériel (optionnel) : images, animaux en peluche ou marionnettes d’un dauphin ou d’un requin.

Procédure :

• Parlez à la classe de la résolution de problèmes pour ceux qui désirent construire des bateaux ou des sous-marins et comment les faire avancer.
• Montrez-leur des photos de dauphins et de requins et demandez comment ils comptent étudier ces espèces pour aider à résoudre le problème.
• Montrez aux élèves les marionnettes et démontrez comment la queue du requin se déplace latéralement comme un gouvernail alors que celle du dauphin se déplace de haut en bas.
• Demandez aux élèves d’imiter ce mouvement avec leurs mains, d’abord avec leurs mains ensemble dans un signe de prière, et ensuite en les bougeant de côté comme un requin.
• Ensuite, demandez-leur d’ouvrir leurs mains et de les placer côte à côte, avec leurs pouces entremêlés, puis de les faire bouger de haut en bas, comme une queue de dauphin qui ondule.
• Vous pouvez pousser cette démonstration en leur demandant de placer leurs bras et leurs mains sur le côté. Pour le requin, ils bougent leur corps dans un léger mouvement de droite à gauche. Pour le dauphin, demandez-leur d’onduler (quelques-uns peuvent reconnaître les battements du dauphin qui nage).
• Discutez des mouvements et de quels mouvements sont le plus utilisés aujourd’hui pour les bateaux et les sous-marins (les nageoires de requins sont le plus souvent utilisées, le mouvement du dauphin est difficile à imiter pour les corps qui ne sont pas flexibles).

Forme de requin et activité d’écoulement des eaux

Cette activité est conçue pour que les élèves réfléchissent à propos de l’aérodynamisme et de l’hydrodynamisme.

Matériel : aquarium de 20 gallons (1 à 4 selon la grosseur de la classe), brochettes en bambou (2 paquets), formes en mousse (ovales, carrées, coniques, etc. Toutes d’environ la même grosseur, au moins 2 ou 3 par aquarium), filtre pour l’eau (souvent utilisé pour les cages des reptiles, 1 par aquarium), argile polymère (qui ne se dissout pas, 1 paquet par aquarium).

Procédure :

• Remplissez de moitié l’aquarium avec de l’eau (assez pour couvrir complètement le filtre).
• Branchez le filtre et laissez-le fonctionner peu de temps. Vous pouvez expliquer aux élèves que cela imite le débit de l’eau.
• Regroupez les élèves en groupes de 3 ou 4 autour des aquariums (plus si nécessaire).
• Vous pouvez leur donner soit des formes en mousse déjà coupées ou leur demander d’en faire en argile (la grosseur des formes devrait être appropriée pour la profondeur de l’aquarium).
• Demandez aux élèves d’épingler les formes de sorte qu’un pouce de l’épingle ressorte du sol de l’aquarium (sinon les formes risquent de tomber). Assurez-vous de donner les consignes de sécurité du laboratoire à cette étape. Si les élèves sont jeunes, vous pouvez découper les formes d’avance.
• Discutez des problèmes auxquels font face ceux qui construisent des bateaux, des sous-marins, des torpilles et des véhicules sous-marins téléguidés sous l’eau. Comparez ces problèmes aux requins et essayez de relier la nage des requins aux problèmes des humains.
• Expliquez que les formes coupées précédemment représentent les formes possibles de poissons et de requins. Vous pouvez aussi montrer des images de poissons-coffres, de thon rouge et plus encore.
• Un élève à la fois, demandez-leur de tenir deux formes submergées en même temps (idéalement une qui est hydrodynamique et une qui ne l’est pas), en utilisant seulement trois doigts (le pouce, l’index et le majeur).
• Demandez aux élèves de décrire la résistance qu’ils sentent lorsque l’eau passe à travers les formes. Quelle forme ressent le plus de résistance et aurait plus de difficulté à nager?

Écailles de requin

Lors de cette activité, les élèves exploreront les formes des écailles des requins et comment ces formes peuvent être utiles pour le développement futur de l’équipement médical et des maillots de bain.

Matériel : argile (une balle de 2 ou de 3 pouces par élève), dépliant avec les motifs d’écailles (1 par paire d’élèves), papier journal (pour couvrir les tables), papier de construction (une feuille par élève), marqueurs.

Procédure :

• Placez le papier journal sur les espaces de travail.
• Demandez aux élèves de choisir une feuille de papier de construction et d’y inscrire leur nom.
• Distribuez les dépliants des écailles de requins.
• Discutez des problèmes rencontrés pour la fabrication de maillots de bain plus hydrodynamiques, ou pour rendre les surfaces des hôpitaux exemptes de germes.

Demandez aux élèves de trouver des idées en lien avec les écailles de requins pour ces problèmes. Discutez des recherches effectuées sur les écailles de requins et de leur utilité pour la prévention de la croissance bactériologique ou comment les écailles de requins peuvent aider les nageurs à bouger plus rapidement sous l’eau.

• Donnez une boule d’argile à chaque élève.
• Demandez aux élèves de diviser la boule en 3 ou 4 boules plus petites et ensuite de les amincir pour en former des disques.
• Après avoir aminci les disques, demandez-leur d’utiliser leurs doigts pour tenter de modeler l’argile de manière à fabriquer des écailles de requin et de déposer les formes sur leur papier de construction.
• Aussi, vous pouvez leur demander de coller leurs formes sur le papier.

Biologie du requin

Par Karen McDonald

Les requins sont des poissons cartilagineux, c’est-à-dire qu’ils possèdent du cartilage (comme ce qui compose votre nez) à la place des os dans leurs corps. Le cartilage rend leur corps léger et leur squelette flexible. Les requins ont précédé les dinosaures et sont les habitants de l’océan. Voici quelques faits en bref sur les requins que vous allez peut-être vouloir utiliser :

• Il y a environ 450 espèces différentes de requins dans le monde.
• Le plus grand requin est le requin-baleine, qui peut atteindre une longueur de 40 pieds.
• Le plus petit est l’Etmopterus perryi, qui mesure environ 7 pouces.
• Le plus grand fossile de requin de tous les temps est celui du requin-mégalodon, on croit qu’il mesurait jusqu’à 60 pieds! Il est aussi long qu’un autobus et demi.
• La majorité des requins vivent dans l’eau salée et se retrouvent dans toutes les mers et tous les océans du monde, mais il y en a quelques-uns qui vivent dans l’eau douce.
• Les requins sont pour la plupart carnivores (mangeurs de viande), mais quelques-uns se nourrissent de plancton.
• Les requins sont des animaux à « sang-froid » ou sont poïkilothermes, ce qui signifie que la température de leur corps est la même que celle de l’eau.

Problèmes que les requins peuvent nous aider à résoudre

Comment nage un requin?

Problème : réduire la résistance et conserver l’énergie tout en bougeant

Un requin nage en utilisant plusieurs techniques, du bout de sa queue au bout de son nez. Le corps d’un requin est hydrodynamique et lisse avec quelques saillies pour réduire la résistance. Le nez du requin est rond afin de mieux avancer dans l’eau. La partie postérieure de son corps est plus longue que la partie antérieure pour l’équilibre et un mouvement plus rapide.

Le requin possède une nageoire dorsale principale et parfois une seconde nageoire derrière. Ces nageoires servent à mieux se déplacer dans l’eau. Les requins sont munis de deux nageoires pectorales sur le côté de leur corps, qui ne peuvent pivoter de côté donc ils ne peuvent nager à reculons. Ils doivent alors dériver des objets devant eux au lieu de faire marche arrière. La nageoire caudale, ou la nageoire de la queue est généralement plus longue que la dorsale ou l’arête supérieure. Cette forme de dorsale plus longue est due à l’arête centrale du requin qui s’étend jusqu’à la queue, ce qui lui donne plus de puissance et de précision. La queue est très puissante et sert de gouvernail; elle aide le requin à diriger son corps et à bouger. Les requins nagent dans un mouvement latéral, contrairement aux dauphins qui ondulent de haut en bas. Ceci est dû à la queue horizontale des dauphins versus la queue verticale des requins.

Comment la peau du requin l’aide-t-il à nager?

Problème : réduire la résistance dans l’eau et conserver la peau propre lorsqu’on ne peut se laver

La peau des requins est composée d’écailles rugueuses en motif de spirale autour de leurs corps. Les dents sont striées et aident à rationaliser le corps du requin et agissent comme armure. Les stries sur les écailles des requins ne permettent pas aux bactéries de se développer facilement, donc la peau demeure propre. Les compagnies de biotechnologie étudient présentement comment reproduire la peau des requins dans le but de l’utiliser dans les surfaces des hôpitaux pour empêcher le développement de bactéries.

Les requins conservent aussi leur énergie pendant qu’ils nagent avec la façon dont leurs muscles sont rattachés à leur peau et à leurs écailles. Leur corps possède non seulement un squelette interne, mais aussi un squelette hydrostatique composé de muscles striés qui font d’eux de meilleurs nageurs, leurs muscles contrôlant directement leur peau et leur mouvement dans l’eau ³.

Comment flotte un requin?

Problème : les requins sont des poissons cartilagineux, ce qui les rend incapables de flotter.

Les requins, contrairement aux autres poissons, n’ont pas de vessie natatoire ou de sac d’air qui les aident à flotter. Au lieu de cela, ils détiennent un très grand foie contenant une huile les aidant à flotter. Leur squelette est aussi plus léger que celui des autres poissons osseux, à cause du cartilage. Le requin-taureau peut contenir de l’air dans son estomac pour l’aider à flotter. Comme mentionné plus haut, quelques requins ne peuvent s’arrêter de nager ou ils risquent de ne pas être en mesure de respirer, ceci les aide également à rester à flot.

Comment respire un requin?

Problème : les requins utilisant des branchies font passer l’eau à travers elles continuellement.

Les requins respirent à l’aide de branchies. Ils possèdent sept fentes de branchies de chaque côté de leur tête. Les requins font passer l’eau par leur gueule (c’est pourquoi ils nagent en ayant leur gueule ouverte) et par leurs branchies sur le côté de leur tête. Un bon nombre de requins, lorsqu’ils sont au repos, ont l’habileté de pomper l’eau par leurs branchies. Par contre, quelques requins n’ont pas cette capacité, ils doivent donc nager continuellement pour oxygéner leur sang.

Comment voit, entend et détecte un requin?

Problème : la détection dans le monde sous l’eau.

Yeux des requins : les requins peuvent voir de la même façon que les humains : ils contractent leurs pupilles et se concentrent sur la lumière. Ils ont également une tapida lucidum, une paupière réfléchissante au fond de leurs yeux qui les aide à capturer la lumière, améliorant leur vision dans les eaux foncées (c’est ce que vous apercevez lorsque vous envoyez de la lumière dans les yeux d’un chien ou d’un chat et que vous voyez un cercle rouge). Les requins possèdent une paupière fixe, ils n’ont pas besoin de battre des paupières puisque l’eau passe sur leurs yeux pendant qu’ils nagent, les nettoyant au passage. Quelques requins ont une paupière nictitante, une paupière qui couvre leurs yeux alors qu’ils luttent avec leur proie (c’est similaire aux chats et aux grenouilles). Le grand requin blanc roule ses yeux à l’intérieur de sa tête pour les protéger pendant qu’il se nourrit.

Oreilles des requins : oui, les requins peuvent entendre. Ils possèdent deux petites ouvertures pour les oreilles derrière les yeux. Ces ouvertures sont rattachées à un tube ou un canal dans l’oreille interne. L’on croit qu’ils peuvent entendre un bruit aussi loin qu’à un mille.

Sens et détection d’un requin : l’organe sensoriel le plus important d’un requin est sa ligne latérale, une ligne d’électrorécepteurs nommée Ampullae of Lorenzini. Cette ligne latérale est composée de milliers de récepteurs situés tout le long de la tête du requin (et quelques-uns sont situés le long de son corps). Ces récepteurs perçoivent les impulsions électriques par minute créées par les battements de cœur, le système nerveux et le champ électrique d’un organisme vivant. On pense qu’ils peuvent également utiliser ce système électromagnétique pour naviguer selon le champ électromagnétique de la Terre. L’eau saline est un excellent conducteur d’impulsions électriques, ce qui rend ce système réussi.

Comment se nourrit un requin?

Problème : la chasse et la transformation alimentaire dans un habitat aquatique.

Il existe deux principaux types de requins : carnivores et planctonivores. Les espèces se nourrissant de planctons, comme le requin-baleine, le requin-pèlerin et le requin-grande-gueule s’alimentent de façon similaire aux baleines. Ces requins filtrent leur nourriture, aspirant le plancton en le filtrant à travers leurs branchies à l’aide de branchiospines ou de fins filaments sur leurs branchies. Les requins-grandes-gueules ont aussi un tissu bioluminescent qui réfléchit dans leurs gueules afin d’attirer le plancton.

Les requins carnivores chassent activement leurs proies à l’aide de leur système électrique : Ampoules de Lorenzini. Une fois la proie repérée, elle peut être capturée de différentes façons. Quelques requins se servent de leur queue pour étourdir le poisson, d’autres chassent en groupes, d’autres aspirent leur proie dans leurs gueules alors que d’autres attaquent directement avec leurs dents acérées.

Leurs dents sont rattachées aux gencives, et non aux os. De plus, derrière chaque dent, une rangée de nouvelles dents s’y trouve, prête à sortir.

Les requins perdent facilement leurs dents. La forme de ses dents dépend de son alimentation. Les requins qui possèdent des dents pointues, pour saisir et retenir, ceux qui se nourrissent de mollusques ont des dents plates et ceux qui se nourrissent de mammifères ou de gros poissons peuvent avoir des dents triangulaires et en dents de scie.

Notes

1. Biomimicry Institute, 2009.
2. Plus d’exemples peuvent être trouvés sur le site Web (anglais) <www.biomimicryinstitute.org>.
3. Wainwright, 2002.
4. asknature.org/strategy/bc7c8e51e74535664f4320e824936f95

———————————————————-

Karen McDonald est coordonnatrice de l’éducation et de l’animation au centre de recherche environnemental Smithsonian à Edgewater, dans le Maryland. Dans ses temps libres, elle crée des modèles éducatifs dans le but de promouvoir un intérêt fort pour le biomimétisme et l’apprentissage de la nature.

Marilynn Paquette est une traductrice autonome ayant terminé son baccalauréat en traduction professionnelle à l’Université de Sherbrooke, au Québec.

Ce qui précède est une traduction de « Swimming with Sharks » qui a été publié en Green Teacher 98, Hiver 2012-2013.