2012, Japon. Assis au bord de l'eau, l’ingénieur ferroviaire Eiji Nakatsu observe avec attention les plongeons répétés d’un martin-pêcheur orange et bleu. Mais pourquoi s'intéresse-t-il à ce drôle d'oiseau ?

Martin-pêcheur, 2019, Japon, photo : Kaoru Tanizaki
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Penchons-nous sur son travail pour y voir plus clair : M. Nakatsu œuvre au développement du train japonais à grande vitesse (le Shinkansen) sur une ligne parsemée de tunnels.

Au grand dam de Nakatsu, le passage du train dans ces tunnels cause tout un tas de problèmes… dont l’oiseau pêcheur pourrait être la clef !

Shinkansen circulant entre Hamamatsu et Toyohashi, 2021, photo : MaedaAkihiko
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En effet, lorsqu’un train se déplace en extérieur, l’air qu’il rencontre est chassé, devant et autour de lui. Mais dans un tunnel, l’espace autour du train ne permet pas à l’air de s’écarter. Du coup, un bouchon d’air sous pression se forme devant le train, au point de générer une onde de choc.

Illustration Artips Sciences, Aurora Muggianu
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Celle-ci se propage alors d’un bout à l’autre du tunnel, à une vitesse de plus de 1200km/h (la vitesse du son dans l’air ambiant), soit 4 fois la vitesse du train !

C’est cette onde de choc qui provoque chez les passagers cette sensation d’oreilles bouchées, voire douloureuses, lorsque le train pénètre dans un tunnel. En outre, elle produit une détonation à la sortie du tunnel, inoffensive mais très désagréable pour les riverains.

Propagation de l'air d'un bout à l'autre du tunnel, illustration Artips Sciences, Aurora Muggianu
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C’est là qu’intervient le martin-pêcheur. Lorsqu’il plonge dans l’eau pour chasser, il subit un effet similaire à celui du train entrant dans un tunnel, la pression exercée par l’eau étant bien supérieure à celle de l’air.

Son secret ? La forme effilée de son bec ! Avec un bec arrondi, il serait ralenti en pénétrant dans l’eau et provoquerait des remous qui feraient fuir les poissons. Mais grâce à son bec pointu, il peut rentrer dans l’eau sans perdre de vitesse.

Illustration Artips Sciences, Aurora Muggianu
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M. Nakatsu s’en inspire donc pour concevoir le nez du Shinkansen, et ça fonctionne ! L’air s’écoule autour de l’avant du train sans créer de bouchon de pression, réduisant le bruit pour les voyageurs, mais aussi les vibrations autour du train, sa consommation électrique, et même son vieillissement. Finalement, ce petit oiseau aura permis de remettre ce train sur de bons rails !

Shinkansen JR 500, inspiré directement du martin-pêcheur, 2018, Musée ferroviaire de Kyoto, photo : W1B901
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Pour en savoir plus :

Sur le Shinkansen et l’aérodynamisme

Sur l’inspiration biomimétique du Shinkansen (vidéo)

Sur le martin-pêcheur (vidéo)

Martin-pêcheur, 2018, photo : Jonny Gios
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