La peau de requin est conçue pour la vitesse

Cet article a été initialement publié par Magazine Hakaï.

Peu de gens s’approchent suffisamment d’un requin pour le caresser. Si vous pouviez passer votre main de la tête d’un requin à sa queue – pas que vous devriez – il serait lisse, presque comme du daim. Sens inverse, et c’est rugueux comme du papier de verre. Vue au microscope, la peau de requin est composée d’écailles nervurées de type dragon posées comme des bardeaux sur un toit. Ces structures, appelées « denticules dermiques », ressemblent plus à des dents qu’à de la peau. Fabriqués à partir de dentine et d’émail, ils sont innervés et leur motif nervuré et en couches guide l’eau à travers le requin, réduisant ainsi la friction et la traînée. La peau impressionnante des requins les aide à glisser dans l’eau ; certaines espèces atteignent des vitesses aussi rapides que près de 50 kilomètres à l’heure.

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Les denticules de requin font l’envie des ingénieurs. Pour imiter les prouesses hydrodynamiques impressionnantes des requins, les scientifiques des matériaux ont conçu des surfaces inspirées des requins pour les coques de bateaux, les éoliennes et même les maillots de bain haut de gamme, le tout dans le but de maximiser l’efficacité.

Mais dans une nouvelle étude, des chercheurs de Harvard, dirigés par la biologiste marine Molly Gabler-Smith, ont pour la première fois comparé les caractéristiques de surface tridimensionnelles de matériaux qui tentent d’imiter la peau de requin avec la vraie chose. Il s’avère que les matériaux d’ingénierie ont encore un long chemin à parcourir.

Auparavant, les scientifiques ont examiné les denticules de requins avec des détails impressionnants à l’aide de microscopes électroniques à balayage, une technologie qui peut prendre des images à une résolution de nanomètres. Mais les images produites par les microscopes électroniques à balayage sont en deux dimensions. Et si vous avez déjà vu une voiture dans une soufflerie, vous saurez que lorsqu’il s’agit de réduire la traînée et la friction, la structure 3D d’un objet est extrêmement importante.

Ainsi, en utilisant une technique appelée « profilométrie de surface », une technologie d’imagerie dans laquelle un scientifique utilise essentiellement une fine couche de gel pour fabriquer un moule de la surface à étudier, Gabler-Smith et son équipe ont visualisé la peau de requin en 3D. « C’est presque comme regarder une carte topographique », dit Gabler-Smith. « Vous pouvez voir où il y a des pics et des vallées. »

Gabler-Smith a utilisé la technique sur des échantillons de peau de 17 espèces de requins différentes. Elle a également examiné deux maillots de bain Speedo commercialisés comme imitant la peau de requin – le maillot de bain FS Fastskin II et le Lzr Racer Elite 2 – ainsi qu’une surface imprimée en 3D créée dans son laboratoire. Elle a comparé les proportions des denticules et la hauteur et l’espacement des nervures, et a trouvé des différences substantielles entre les vrais denticules de requin et les matériaux artificiels.

« J’hésite à le dire [the swimsuits are] imitant vraiment la peau de requin, car ils ne le sont vraiment pas du tout », explique Gabler-Smith. L’une des plus grandes différences, dit-elle, est que contrairement à un tissu côtelé, la vraie peau de requin est constituée de structures en émail dur sur une surface flexible. Lorsqu’on lui a demandé d’évaluer les matériaux du maillot de bain sur 10, Gabler-Smith a donné au FS Fastskin II et au Lzr Racer Elite 2 un trois et un sept, respectivement, et sa surface d’ingénierie fabriquée en laboratoire un huit ou neuf.

« [The swimsuit designers are] fait un assez bon travail en prenant toutes les informations que les biologistes mesurent à partir de la peau de requin réelle, mais il reste encore beaucoup à faire », poursuit-elle. En théorie, dit-elle, l’ajout de nervures ou d’autres textures bosselées aux maillots de bain ou aux surfaces des motomarines devrait réduire la traînée, mais ces surfaces sont encore loin de fonctionner comme la vraie chose.

Amy Lang, ingénieur aéronautique à l’Université de l’Alabama qui étudie la peau de requin et n’a pas participé à la recherche, affirme qu’il est encore plus difficile de reproduire les propriétés de réduction de la traînée de la peau de requin que d’avoir simplement des nervures en forme de denticules. Pour réellement diminuer la traînée au lieu de l’augmenter, dit-elle, les riblets doivent être de la bonne taille et de la bonne profondeur. Elle ajoute que bien qu’il soit intéressant d’utiliser la profilométrie de surface pour comparer directement la peau de requin avec des matériaux d’ingénierie, il est tout aussi important de tester le fonctionnement réel des matériaux synthétiques dans l’eau.

Mais maintenant que les scientifiques ont mis à jour les informations sur la structure 3D des denticules de requins à travers une variété d’espèces différentes, les ingénieurs pourraient être sur le point d’imiter l’un des nageurs les plus efficaces de la nature.