Le grèbe huppé, Podiceps cristatus, est un oiseau de nos régions. Il vit sur les grandes étendues d’eau de toute l’Europe. Il mesure en moyenne 50 cm et pèse 1100g. Le grèbe huppé ne quitte son plan d’eau que pour s’envoler vers un autre, en hiver lors de la migration. Cet oiseau passe donc toute sa vie sur l’eau. Il a mis au point une étonnante technique afin de répondre à tous ses besoins sans avoir à aller sur la rive.
Le Grèbe huppé
Le grèbe est capable de faire varier son niveau de flottaison. Cela nous a intéressé, nous voulions savoir comment le grèbe arrive à régler finement sa ligne de flottaison.
Pour changer son niveau de flottaison, le grèbe fait varier son volume. Le changement de volume entraîne une variation de la poussée d’Archimède exercée par l’eau. Comme le grèbe ne change pas sa masse, ou très peu, son poids reste le même. Mais puisque la poussée d’Archimède a changé, le grèbe ne flotte pas au même niveau : la poussée d’Archimède ne compense pas de la même manière le poids du grèbe.
Photographie d'un grèbe huppé
Pour faire varier son volume le grèbe utilise 2 parties de son corps.
Les plumes du grèbes sont imperméables. Le grèbe, comme de nombreux oiseaux, possède une glande uropygienne. Cette glande fabrique une substance huileuse dont le grèbe enduit ses plumes afin qu’elles deviennent imperméables. Pour augmenter son volume le grèbe emprisonne sous ces plumes de l’air. Il positionne ses plumes de manière à ce que l’air soit emprisonné hermétiquement. Le grèbe augmente ainsi son volume.
Comme tout les oiseaux, le grèbe possède des sacs aériens. Les sacs aériens servent aux oiseaux à alimenter les poumons, refroidir leur corps et sont des réserves de dioxygène pendant les longs vols. Le grèbe peut aussi gonfler ses sacs aériens pour augmenter encore son volume.
Afin, au contraire, de diminuer sont volume, le grèbe peut resserrer ses plumes afin de chasser l’air. Il peut aussi, en contractant ses muscles abdominaux, presser ses sacs aériens et expulser l’air qu’ils contiennent.
Cette technique nous ayant beaucoup intrigué, nous avons décidé de la modéliser.
Simulation d’un grèbe huppé
Objectif : Reproduire la manière de flotter des grèbes huppés.
Nous avons construit une maquette de grèbe.
Les grèbes sont capables, comme vu précédemment, d’augmenter ou diminuer leur volume afin de faire varier leur niveau de flottaison. Il nous fallait donc créer au moins deux structures ayant la même masse mais des volumes différents afin de faire flotter notre prototype à des niveaux différents.
Nous avons d’abord utilisé de la pâte à modeler et des ballons de baudruches pour notre structure. Mais la pâte à modeler ne nous permettait pas de former deux structures de volumes assez différents et surtout une fois mouillée elle devenait inutilisable. Nous avons donc dû trouver d’autres matériaux.
Notre choix s’est porté sur les Lego. Nous avons construit deux structures de volumes différents . Cependant les Lego flottent. Nous avons donc ajouté des cailloux afin d’augmenter la masse.
Dessin du fonctionnement d'un grèbe huppé
La différence entre les niveaux de flottaison des 2 structures n’était pas assez significative : l’eau s’infiltrait dans le compartiment des pierres et chassait l’air présent. Cet air devait symboliser l’air emprisonné par les plumes du grèbe. Il fallait donc réussir à conserver l’air dans ce compartimentPour cela, nous avons ajouté des ballons de baudruche dans le compartiment des pierres..
Ainsi l’air reste dans la structure même si l’eau s’infiltre un peu dans le compartiment des pierres.
Les ballons sont gonflés ou vides en fonction de la structure voulue. Avoir un niveau de flottaison très bas, le grèbe ne garde pas d’air sous les plumes. Donc pour la structure qui doit le moins flotter, qui a le volume le plus petit, les ballons sont vides. Au contraire pour la structure qui doit le plus flotter, au volume le plus grand, les ballons sont gonflés.
En utilisant les ballons nous avons eu les résultats escomptés. Les deux structures flottent à des niveaux vraiment différents.
Nous pourrions toutefois améliorer notre expérience. Certains paramètres rendent la réalisation de cette expérience difficile.
Nous ne connaissions pas le volume d’un grèbe. Nous aurions voulu réaliser l'expérience avec un volume et une masse semblable au volume et à la masse du grèbe huppé afin d'être plus proche dans nos résultats de la réalité.
Nous aurions voulu faire flotter notre structure de façon à ce qu’il n’y ait que la tête qui sorte de l’eau. Mais de l’air reste emprisonné entre les Lego. Il est très difficile à chasser. Par conséquent même avec un volume faible la structure flotte assez bien. Il faudrait utiliser d’autres matériaux.
Enfin nos structures manquaient de stabilité. Il était donc difficile de remarquer une différence de niveau de flottaison. Pour améliorer notre expérience nous pourrions donc par exemple utiliser du sable plutôt que des cailloux afin qu’il se répartisse plus uniformément, cela améliorerait ainsi la stabilité de la structure.