Modes de locomotion et efficacité

Pourquoi la nage, le vol et la course ont chacun leur propre physique et coût énergétique, et ce qui rend un mode de déplacement plus économique qu'un autre.

Definition

Les modes de locomotion sont les différentes manières dont les animaux se propulsent — principalement la nage, le vol et la locomotion terrestre — et l'efficacité locomotrice est la mesure de l'économie avec laquelle chaque mode déplace un animal, communément exprimée comme le coût du transport, l'énergie requise pour transporter une unité de masse corporelle sur une unité de distance.

Scope

Ce sujet couvre les principaux modes de locomotion animale et leur efficacité énergétique : la nage et la traînée du mouvement dans l'eau, le vol et la génération de portance, la locomotion terrestre et l'utilisation des allures, ainsi que la comparaison de ces modes à travers le coût du transport. Il traite de la manière dont le milieu, la taille corporelle et la vitesse déterminent l'énergie nécessaire pour parcourir une distance donnée et pourquoi chaque mode est efficace dans ses propres conditions. L'approche est comparative et mécanistique.

Core questions

• Quelles forces physiques dominent la nage, le vol et la course ?
• Comment l'efficacité énergétique de la locomotion est-elle mesurée et comparée ?
• Pourquoi les animaux utilisent-ils différentes allures à différentes vitesses ?
• Comment le milieu et la taille corporelle déterminent-ils quel mode de déplacement est le plus économique ?

Key theories

Coût du transport à travers les modes locomoteurs

L'énergie nécessaire pour déplacer une unité de masse corporelle sur une unité de distance diffère systématiquement entre la nage, le vol et la course, la nage étant généralement la moins coûteuse et la course la plus onéreuse par distance, et diminue avec la taille corporelle au sein de chaque mode.

Sélection de l'allure par économie

Les animaux terrestres changent d'allure, comme la marche, le trot et le galop, à des vitesses où chacune devient la plus économique, reflétant les changements de mécanique et d'utilisation de l'énergie de la locomotion avec la vitesse.

Mechanisms

Chaque mode de locomotion est confronté à des forces différentes. Les nageurs doivent surmonter la traînée et la densité de l'eau et générer une poussée par ondulation ou à l'aide d'appendices, atteignant un faible coût de transport car l'eau supporte leur poids. Les animaux volants doivent générer de la portance pour rester en l'air ainsi que de la poussée pour avancer, ce qui rend le vol puissant mais, par distance, modérément économique pour les animaux qui parcourent de longues distances. Les animaux terrestres supportent leur poids contre la gravité et accélèrent et décélèrent leurs membres et leur corps à chaque foulée, ce qui rend la course relativement coûteuse, bien que le stockage d'énergie élastique et le choix de l'allure réduisent la dépense. La comparaison des modes à l'aide du coût du transport montre que, pour une taille corporelle donnée, la nage est généralement la moins coûteuse et la course la plus onéreuse, et que les animaux plus grands se déplacent plus économiquement par unité de masse au sein de chaque mode. Ces schémas expliquent pourquoi les animaux sont adaptés à des milieux et à des distances de déplacement particuliers.

Clinical relevance

L'étude comparative de l'efficacité locomotrice éclaire la compréhension du coût énergétique du mouvement, de la démarche et de l'exercice, et guide la conception de véhicules et de robots efficaces. Cette entrée est un matériel de référence éducatif et ne fournit pas de conseils médicaux.

History

Les mesures du coût énergétique de la locomotion chez les animaux et à travers les modes, réalisées par Schmidt-Nielsen et Taylor, ont établi le cadre du coût du transport ; les études de Tucker sur l'énergétique du vol ont quantifié le coût du vol ; et les analyses d'Alexander sur l'allure et la similarité dynamique ont expliqué pourquoi les animaux se déplacent comme ils le font.

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Robert McNeill Alexander
• Charles Richard Taylor
• Vance Tucker

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• alexander2003
• hill2016

Frequently asked questions

Quel mode de déplacement est le plus économe en énergie ?

Pour une taille corporelle donnée, la nage présente généralement le coût de transport le plus bas car l'eau supporte le poids de l'animal, tandis que la course tend à être la plus coûteuse par distance parcourue.

Pourquoi les animaux changent-ils d'allure lorsqu'ils accélèrent ?

Chaque allure est la plus économique sur une certaine plage de vitesses ; les animaux passent donc de la marche au trot puis au galop aux points où la nouvelle allure consomme moins d'énergie.