CHAPITRE V

Les animaux aquatiques nagent par ondulation, par oscillation ou par réaction directe.

Le procédé d'ondulation, sous sa forme la plus simple, est une sorte de reptation aquatique. Chez les animaux mieux différenciés, la natation est favorisée par le développement des nageoires, et les ondulations se réduisent à la partie postérieure du corps.

Le procédé d'oscillation rappelle la manœuvre de la godille : il est d'ordinaire combiné avec des ondulations de tout le corps, et donne alors des résultats excellents.

Le procédé de réaction directe rappelle la manœuvre de la rame. Il est mécaniquement inférieur aux précédents.

Les divers procédés de locomotion aquatique me semblent pouvoir être classés en trois catégories : les animaux nagent par ondulation, par oscillation, ou par réaction directe. L'étude que nous ferons de la chose éclaircira suffisamment le sens de ces mots, que je n'ai choisis d'ailleurs qu'assez arbitrairement, et faute d'en trouver de plus significatifs.

§1. — - PROCÉDÉ d'ondulation

La caractéristique du procédé d'ondulation, c'est que la propulsion se fait d'une manière continue, sans qu'il y ait de point mort dans le mouvement de l'appareil. En cela, ce système de propulsion ressemble beaucoup à la reptation

i36 LA BEAUTÉ MÉCANIQUE

lerrûstre, au point qu'on pourrait le nommer une reptation aquatique.

Je ne parlerai que pour mémoire de la natation par mouvement vermiculaire, qui ne me semble pas pouvoir être avantageusement employée. Jetez dans Teau un ver de terre ou une limace, Tanimal aura beau continuer ses mouvements ordinaires, il ne pourra se déplacer, faute d'un frottement suffisant pour lui servir de point d'appui. Pourtant les molécules de l'eau les plus voisines de la surface sont dans un état de cohésion particulier, qui fait qu'elles se comportent à peu près comme ferait'une pellicule élastique. Il serait donc possible, à la rigueur, et si l'eau était parfaitement calme, de se déplacer par frottement sur cette surface. C'est ce que font certains mollusques, que l'on voit ramper, leur sole motrice en l'air, au plafond des étangs. Mais ce mode de locomotion, qui est d'ailleurs d'une lenteur désespérante, ne peut être que tout à fait exceptionnel.

Le véritable mouvement ondulatoire, au contraire, donne les résultats les plus avantageux, et convient mieux encore à la locomotion aquatique qu'il ne faisait à la locomotion terrestre. Aussi peut-on regarder comme probable que c'est à la nalation qu'il a été primitivement adapté.

Soit un animal aquatique qui nage en ondulant de tète en queue, de toute sa force disponible. Les jeunes anguilles, qui décrivent des ondulations d'une admirable régularité, conviennent à merveille pour ce genre d'observation. Je l'arrête avec une planchette. Maintenant il ondule sur place, chassant en arrière, d'un mouvement continu, toute la masse d'eau interceptée entre ses ondes. (Pour une longueur donnée d'animal, cette masse sera d'autant plus considérable que l'onde se rapprochera davantage de la forme circulaire et que le corps sera plus aplati.) Pour produire un pareil effort, nécessairement il faut que l'animal ait un point d'appui. En ce

LA LOCOMOTiOX AQUATIOUE 137

moment, c'est moi qui le lui fournis. Je retire ma planchette. Aussitôt il est poussé en avant, par une réaction exactement équivalente à l'action qu'il exerçait sur l'eau ; en même temps la rapidité des ondulations augmente par suite de la diminution de résistance. Enfin il prend une vitesse constante. A ce moment, l'équilibre dynamique est rétabli : la résistance que les molécules d'eau lui opposent par leur frottement et leur inertie est précisément égale à l'effort qu'il exerce sur elles par ses ondulations.

Ce mode de progression permet d'obtenir, avec une faible dépense d'énergie, de grandes vitesses. L'animal, n'ayant qu'une section transversale presque négligeable, ne refoule devant lui qu'une masse d'eau insigjiifîante ; et d'autre part, on sait qu'une surface lisse peut glisser sur l'eau avec un frottement minime : de sorte que la moindre poussée exercée par ses ondes rétrogrades déterminera la progression. — Le rendement de travail se trouve aussi très satisfaisant, surtout dans les grandes vitesses. En effet, si l'effort doit toujours se partager entre le point d'application de la force et son point d'appui, le travail se répartit entre ces deux points en proportion de leur déplacement. Or, tandis que la progression de l'animal est très rapide, ses ondes rétrogrades, qui agissent sur des masses d'eau relativement très lourdes, ne leur impriment qu'une faible vitesse. La dérive est presque nulle. Presque toute l'énergie dépensée est donc utilisée pour la progression.

Dans ce procédé, le progrès vers la spécialisation des fonctions se fait de deux manières : par le développement des nageoires, et par l'affectation spéciale de la partie postérieure du corps aux mouvements ondulatoires.

Pour qu'un animal qui nage en ondulant trouve sur l'eau un point d'appui bien résistant, il importe qu'il soit aussi aplati, aussi vxibané que possible, les surfaces convexes

fuyant trop fiicHr.MMnt «mis l'effort Mais d'autre part, une telle structure est non seulemeat pr q irfîqdile «a dévehsfipement des organes intérieurs, mais incompatible avec une grande vigueur musculaire : ce qui le prouve bien, c'est que les poissons plats ne sont jamais que de médiocres nageurs, et qu'au contraire tous les poissons qui ont besoin de beaucoup de force ou de vélocité ont leurs muscles disposés par masses compactes. L'idéal serait donc que les surfaces par lesquelles l'animal frappe l'eau fussent aussi planes que possible, et en même temps que la forme générale du corps fût à peu près cylindrique. Ce problème, assez difficile quand on le pose ainsi, a été parfaitement résolu par le développement d'une nageoire continue, sorte de crête membraneuse, soutenue au besoin par des nervures rigides, qui s'élève sur le corps de l'animal perpendiculairement au plan d'ondulation. Cet appareil est admirablement construit pour résister aux poussées latérales et céder aux poussées longitudinales; de sorte qu'il augmente la force de réaction des ondes sans nuire en rien à la progression de l'animal.

Le principe restant toujours le même, les dispositions peuvent varier à l'infini. Cette nageoire peut être dentelée, subdivisée en un certain nombre de nageoires médianes; elle peut se réduire à deux crêtes étroites, l'une dorsale, l'autre caudale; elle peut même ne se développer qu'à l'extrémité de la queue : et nous arrivons ainsi, par transitions insensibles, au second procédé de locomotion que nous aurons à étudier.

Chez un grand nombre d'animaux, appartenant à des espèces très différentes, les ondulations se restreignent à la partie postérieure du corps : ainsi pour la salamandre, l'axoloth, le têtard, le crocodile, le rat d'eau, la loutre, etc., ces ondulations peuvent être obtenues d'une manière très simple. Il suffit, pour les produire, que l'organe exécute un mouvement pendulaire : la résistance de l'eau fera le reste,

transformant d*elle-inême cette oscillation en ondulation. En effet, si Ton se représente Tanimal se déplaçant dans Teau et donnant à sa queue un simple mouvement pendulaire analogue à celui d'une verge vibrante, on se convaincra que la queue ne doit pas s'infléchir tout entière de côté et d'autre. Chaque oscillation qui se produit à sa racine y détermine seulement la formation d'une onde, qui est aussitôt chassée en arrière par l'oscillation inverse. De sorte que l'organe est parcouru d'un bout à l'autre par une série d'ondes rétrogrades.

Ce que nous avons dit de la reptation aquatique nous indique la valeur mécanique de ce procédé : à la condition que les ondulations soient suffisamment rapides, il doit fort bien utiliser l'énergie dépensée. Le propulseur est excellent en lui-même, et si la masse du corps qu'il met en mouvement n'est pas relativement trop lourde, si les formes en sont sufflsamment effilées, les vitesses obtenues peuvent être considérables.

§ 2. — PROCÉDÉ d'oscillation

Dans ce système, la queue, organe propulseur, agit par mouvement alternatif, en oscillant de côté et d'autre de l'axe du corps.

En considérant les oscillations de la queue d'un poisson, on serait tenté de les comparer à celles du gouvernail d'un navire. Mais le raisonnement prouve et l'expérience vérifie que ce n'est pas par un mouvement aussi simple que peut être obtenue la progression. — Qu'on se place à l'arrière d'une barque, et que l'on imprime à son gouvernail un mouvement de va-etvient, aussi vigoureux que l'on voudra. On n'avancera guère, même si l'on a soin de tirer la barre avec vigueur et de ne la repousser que doucement. C'est que, si le gouvernail tend

l'iO LA BEAUTE MÉCANIQUE

à pousser la barque en avant au moment où il se porte en arrière, il tend à la retirer en arrière au moment où il revient en avant. Ces deux efforts, équivalents et antagonistes, se compensent en somme, et le bateau reste immobile.

Il serait bien plus juste de comparer le mouvement de la queue du poisson à celui d'une godille. Etudiez la manœuvre du marinier qui pouiso sa barque en godillant : vous remarquerez qu'il ne donne pas seulement à son aviron un mouvement de va-et-vient, mais qu'à chaque oscillation, par une légère torsion du poignet, il renverse le plan de la surface motrice, de manière à ce qu'elle frappe toujours l'eau obliquement. Grâce à cette obliquité, l'effort qu'il exerce contre son aviron est décomposé en deux poussées, l'une latérale et qui tend à faire un peu tourner la barque, l'autre longitudinale et qui tend à la pousser en avant. Les poussées latérales se détruisent l'une l'autre, les poussées longitudinales agissent seules, et la barque chemine.

Cette figure, oa j'ai représente par une ligne pointillée

fi ^^

le trajet de l'aviron à la surfacii de l'eau, et par des lignes obliques les renversements de son plan, fera suffisamment comprendre la manœuvre.

Or c'est exactement ainsi que doit agir la queue du poisson, en vertu de sa structure ; et c'est seulement ainsi qu'elle peut produire un effet utile. Pendant que la queue frétille de droite et de gauche de la ligne d'axe, la nageoire caudale s'infléchit sous la pression de l'eau qu'elle frappe, et prend d'elle-même l'obliquité voulue. L'animal n'a qu'à lui donner le mouvement de va-et-vient : les renversements de plan s'exécutent par pur

LA LOCOMOTION A(JUATI(JUK 111

automatisme. (On pourrait expliquer de la même manière la natation par le moyen de cils vibratiles, procédé usité chez un très grand nombre d'animaux inférieurs.)

Reste une seule difficulté à résoudre. Si la nageoire caudale se présente toujours à Teau de la manière la plus avantageuse, la queue elle-même n'agit-elle pas de manière à contrarier son action? Il y a, dans chacune de ses oscillations, une phase utile où elle frappe Teau d'avant en arrière, et une phase nuisible où elle la frappe d'arrière en avant. Or, dans la phase utile, elle ne lui présente qu'une surface convexe, de peu de résistance. Dans la phase nuisible au contraire, elle la frappe par sa surface concave, mordante. De sorte qu'en somme son action semble beaucoup plus nuisible qu'utile à la progression de l'animal.

C'est ce qui arriverait en effet si l'animal procédait par simples incurvations alternatives de la ligne du corps, analogues à celles d'une tige flexible que l'on c:urbe dans un sens puis dans l'autre. Mais l'observation prouve qu'il ne procède ainsi qu'exceptionnellement, quand par exemple, surpris au repos par un bruit insolite, il s'élance brusquement en avant : alors en effet il commence par se courber sur lui-même, puis se détend comme un arc, et file droit devant lui jusqu'à ce que son élan soit épuisé. Qu'on le considère au contraire

dans la natation continue : on s'assurera qu'il décrit dans l'eau un trajet sinueux, et par conséquent qu'il s'avance en ondulant de tête en queue, prenant successivement les formes indiquées dans la figure ci-contre. La chose est plus manifeste encore quand on le voit nager contre un courant rapide en ondulant sur place. Dans un tel mouvement, on voit parfaitement les ondes motrices se propager de la tête à la queue

de ranimai, frappant Teau d'avant en arrière et d&DS le sens utile.

Tout ce que nous avons dit de la natation des poissons s'appliquerait aussi bien à celle des mammifères aquatiques (otaries, phoques, marsouins, baleines) qui se meuvent en imprimfant à leurs pattes postérieures ou à leur nageoire caudale des oscillations verticales ; et il est infiniment probable que tous doivent avoir le corps assez souple pour pouvoir onduler pendant que la queue oscille, de manière à se faufiler dans l'eau de ce mouvement sinueux, qui élude si bien les résistances. — S'il est quelques animaux aquatiques qui se meuvent par oscillations simples de la queue, sans s'aider, pour la progression, de mouvements ondulatoires, tout ce que l'on peut dire c'est que leur système de locomotion est très défectueux.

Tel que nous venons de le décrire, le procédé de natation par mouvements oscillatoires de la nageoire caudale combinés avec un mouvement ondulatoire du corps donne des résultats excellents : et c'est celui que nous voyons employé par tous les forts nageurs des fleuves et de la mer. S'il y a un déchet important d'énergie au début, quand l'animal prend son élan en lançant de-ci de-là derrière lui des tourbillons d'eau et en se repliant fortement sur lui-même, une fois l'élan pris, il lui suffit de peu de force pour l'entretenir : la queue, agissant sur des masses d'eau toujours renouvelées auxquelles elle n'a pas le temps de communiquer beaucoup de force vive, y trouve un point d'appui presque solide ; en même temps, les ondulations du corps s'allongent de plus en plus, sa trajectoire se rapproche sensiblement de la forme rectiligne : de sorte que presque toute l'énergie dépensée est employée à la progression.

Une particularité de ce mode de progression, c'est de n'être pas réversible : par les seuls mouvements de la queue,

un poisson ne pourra jamais nager qu'en avant, et évoluer que dans un plan horizontal. La variété d'évolutions dont il a pourtant besoin est obtenue par le mouvement des nageoires latérales dont il modifie à volonté Tinclinaison ; c'est aussi de ces nageoires qu'il devra se servir pour s'arrêter.