Pourquoi un chien mouillé se secoue-t-il ?
– Plus l'animal est petit, plus il doit se secouer vite
Après le bain, un chien se débarrasse de l'essentiel de l'eau de son poil en quelques secondes de secousses. Ce n'est pas un geste capricieux. Sécher coûte bien plus cher que secouer, et le chien secoue juste à la bonne vitesse pour sa taille.
Surpris par la pluie pendant la promenade, votre chien rentre. Vous l'attendez à l'entrée, serviette en main. Mais avant que vous puissiez l'essuyer, il plante ses pattes et se secoue d'un coup. L'eau gicle dans tout le couloir.
Regardez bien : la secousse suit un ordre. D'abord la tête, puis les épaules, enfin le train arrière. Une onde se propage vers l'arrière. La peau, plus ample que le corps, est ballottée de droite à gauche.
Le chat, la souris, l'ours font la même chose. Mais la vitesse change du tout au tout selon l'animal. Chez la petite souris, la secousse est si rapide que l'œil ne la suit pas.
Deux raisons seulement de se secouer
Quand l'eau s'évapore, elle emporte beaucoup de chaleur. Sécher l'eau du poil avec la chaleur du corps ferait perdre une bonne part de l'énergie que l'animal mange en une journée. En la secouant, il évite presque toute cette perte.
Les gouttes tiennent au poil grâce à la tension superficielle. Pour les arracher, il faut agiter le corps assez fort pour que la force qui les pousse vers l'extérieur devienne suffisante. Plus le corps est petit, plus il faut secouer vite.
La première raison explique « pourquoi » on se secoue, la seconde « à quelle vitesse ». Voyons-les tour à tour.
Sécher, c'est plus cher qu'on ne croit
Quand nous sommes mouillés, nous avons une serviette. Un animal à fourrure n'en a pas. Laissée à elle-même, l'eau s'évapore peu à peu grâce à la chaleur du corps.
C'est là que le piège se referme. En s'évaporant, l'eau prélève beaucoup de chaleur autour d'elle. Il en faut plus de cinq fois plus que pour chauffer la même quantité d'eau jusqu'à 100 °C. L'animal mouillé paie cette chaleur avec sa propre température corporelle.
Selon des études, un chien d'environ 27 kilos trempé retient dans son poil environ 0,5 litre d'eau. Tout sécher avec la chaleur du corps demanderait de la chaleur équivalant à environ 20 % de l'énergie que ce chien mange en un jour (le calcul est dans le volet repliable final). Par temps froid, le corps refroidit et cela peut devenir dangereux.
À l'inverse, quelques secondes de secousses ne dépensent presque rien. On rapporte qu'un chien chasse environ 70 % de l'eau de son poil en 4 secondes. « Secouer » coûte incomparablement moins cher que « sécher ».
Pourquoi les petits animaux secouent-ils plus vite ?
Les gouttes s'accrochent au poil grâce à la tension superficielle. Au repos, elles ne tombent pas, même tirées par la pesanteur. Pour les faire partir, il faut les projeter avec une accélération d'environ dix fois celle de la pesanteur.
Quand l'animal se tord et se secoue, le bout des poils décrit un arc de cercle. Les gouttes subissent alors une force qui les pousse vers l'extérieur (la force centrifuge). Elle est quatre fois plus grande si la vitesse de secousse double. Elle augmente aussi avec le rayon du mouvement.
C'est là que la taille intervient. Un animal au tronc épais, comme l'ours, décrit un grand arc même en secouant lentement. Le tronc de la souris est fin : l'arc est petit. Elle doit compenser par la vitesse.
Regardez la figure 1. C'est la courbe du nombre de secousses par seconde nécessaire pour chasser l'eau, selon le rayon du tronc. Quand le rayon est divisé par 4, le nombre nécessaire double. Avec le curseur, vous pouvez tester différentes tailles de corps.
Le calcul donne environ 4 secousses par seconde pour un chien de taille moyenne, et environ 14 pour une souris. Les mesures réelles s'en rapprochent : un chien secoue de 4 à 5 fois par seconde. Les petits animaux, comme la souris, vont encore plus vite, au-delà de 20 fois par seconde.
La peau lâche a aussi son rôle. Même si les os ne tournent que peu, la peau détendue est fouettée comme un fouet. Cela augmente le rayon et la vitesse du mouvement, et l'on pense que cela aide à bien chasser l'eau.
Notre corps a peu de poils : l'eau s'étale en film mince sur la peau. Elle ne forme pas de gouttes au bout des poils, donc elle part mal quand on se secoue. Nous avons la serviette à la place. L'essoreuse à salade (le panier qu'on fait tourner) reprend le même principe que le chien : faire voler l'eau en l'agitant.
En résumé
Un animal mouillé se secoue parce que sécher l'eau avec sa chaleur lui coûterait énormément. Pour la chasser, il faut une force centrifuge plus forte que celle qui colle les gouttes au poil. Comme cette force croît aussi avec le rayon du mouvement, les petits animaux au corps fin doivent secouer plus vite. De la souris à l'ours, chacun chasse l'eau en quelques secondes, à la vitesse qui convient à son corps.
La vitesse de secousse dépend de la taille du corps.
Un petit corps secoue vite pour vaincre l'eau.
Comment le chien se rafraîchit : « Pourquoi un chien tire-t-il la langue en haletant ? ». Le lien étrange entre petits corps et gouttes d'eau : « Pourquoi un moustique ne souffre-t-il pas d'une goutte de pluie plus lourde que lui ? ».
- Mouillez une brosse à dents et secouez-la en petit, avec le seul poignet. Constatez que l'eau ne part guère.
- Mouillez-la de nouveau et, au même rythme, secouez-la en grand avec tout le bras (dans un endroit sans personne ni objets autour).
- Comparez la quantité d'éclaboussures des deux essais. À rythme égal, le plus grand rayon doit projeter davantage d'eau.
Si vous avez un chien, filmez-le au ralenti avec votre smartphone quand il se secoue. Vous verrez l'onde passer de la tête à la queue, et la peau ballottée largement.
Pour aller plus loin – vocabulaire, formules, lien avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège à l'université
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de physique du lycée
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Matières universitaires non vues au lycée (mécanique des fluides, biomécanique)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient encore, non établis même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Tension superficielle : force par laquelle l'eau tend à réduire sa surface. Elle arrondit les gouttes et les fait s'accrocher au poil.
- Force centrifuge : force qui semble nous pousser vers l'extérieur quand on est emporté dans un mouvement circulaire. Elle est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation et au rayon.
- Chaleur latente de vaporisation : chaleur prélevée autour d'un liquide quand il devient gaz. Environ 2260 kilojoules pour 1 kilogramme d'eau.
CollègeLycéeVérifier par la formule : combien de secousses par seconde pour un chien ?
On déduit de la tension superficielle l'accélération nécessaire pour décoller une goutte, puis on calcule, à partir du rayon du tronc, le nombre de secousses qui la produit.
| En symboles | a ＝ (2πf)² × R condition de décollage : a ≧ 3γ ÷ (2ρr²) |
| En mots | Accélération vers l'extérieur ＝ (2π × secousses par seconde) au carré × rayon du mouvement. Quand elle dépasse la valeur fixée par « tension superficielle ÷ masse de la goutte », la goutte se détache |
| D'où vient-elle ? | De l'accélération centripète du mouvement circulaire, et de l'équilibre entre la force de tension superficielle qui retient la goutte (périmètre de la goutte × γ) et masse de la goutte × accélération |
| a | Accélération vers l'extérieur sur la goutte (en m/s²) |
| f | Nombre de secousses par seconde (en secousses/s) |
| R | Rayon du mouvement ＝ rayon du tronc (en m) |
| γ | Tension superficielle de l'eau (en N/m) |
| ρ | Masse volumique de l'eau (en kg/m³) |
| r | Rayon de la goutte (en m) |
| Tension superficielle de l'eau γ | environ 0,072 N/m |
| Masse volumique de l'eau ρ | 1000 kg/m³ |
| Rayon r d'une goutte au bout du poil | environ 1 mm (0,001 m) |
| Rayon R du tronc d'un chien moyen | environ 0,15 m |
| Accélération de la pesanteur | 9,8 m/s² |
| Numérateur : 3 × γ | 3 × 0,072 ＝ 0,216 |
| Carré du rayon de la goutte | 0,001 × 0,001 ＝ 0,000001 |
| Dénominateur : 2 × ρ | 2 × 1000 ＝ 2000 |
| Dénominateur : 2ρ × r² | 2000 × 0,000001 ＝ 0,002 |
| Accélération nécessaire a | 0,216 ÷ 0,002 ＝ 108 m/s² |
| Combien de fois la pesanteur ? | 108 ÷ 9,8 ≒ 11 fois |
| Chien : a ÷ R | 108 ÷ 0,15 ＝ 720 |
| Chien : sa racine carrée (＝2πf) | La racine carrée de 720 vaut environ 26,8 |
| Chien : secousses par seconde f | 26,8 ÷ 6,28 ≒ 4,3 |
| Souris (R＝0,015 m) : a ÷ R | 108 ÷ 0,015 ＝ 7200 |
| Souris : sa racine carrée | La racine carrée de 7200 vaut environ 84,9 |
| Souris : secousses par seconde f | 84,9 ÷ 6,28 ≒ 13,5 |
Environ 4 pour le chien, environ 14 pour la souris. Quand le rayon est divisé par 10, le nombre nécessaire est multiplié par environ 3,2 (racine carrée de 10). Cela concorde bien avec les 4 à 5 secousses mesurées chez le chien.
| Eau retenue dans le poil (chien de 27 kg) | environ 0,5 kg |
| Chaleur nécessaire à l'évaporation | 0,5 × 2260 ＝ 1130 kilojoules |
| Conversion en kilocalories | 1130 ÷ 4,18 ≒ 270 kilocalories |
| Énergie nécessaire par jour (ordre de grandeur) | environ 1300 kilocalories |
| Part de la journée | 270 ÷ 1300 ≒ 0,21 |
Une seule trempette, et c'est environ 20 % de l'énergie du jour. Autrement dit, un repas à peu près, perdu rien qu'en séchant.
LycéeLycée+Carré de la vitesse, première puissance du rayon
LycéeL'accélération centripète d'un mouvement circulaire vaut a ＝ ω²R, où ω est la vitesse angulaire. Celle-ci vaut 2π fois le nombre de tours par seconde : doubler le nombre de secousses multiplie l'accélération par 4. Si l'accélération nécessaire est fixée, ω²R est constant et ω est inversement proportionnel à la racine carrée du rayon.
Lycée+Chez les vrais animaux, la peau lâche oscille plus largement que la torsion du tronc. Elle bouge avec un léger retard sur le tronc, ce qui ajoute de la vitesse, comme des pendules mis bout à bout. C'est proche du bout d'un fouet qui va plus vite que la main.
Univ.Lois d'échelle et nombre de Bond
L'idée d'exprimer le lien entre taille et mouvement par une puissance de la masse s'appelle loi d'échelle (allométrie). Le rayon du tronc est proportionnel à la masse à la puissance 1/3 ; la formule ci-dessus laisse donc prévoir un nombre de secousses proportionnel à la masse à la puissance environ « −1/6 ». Dans les mesures de Dickerson et al. (2012) sur des mammifères de tailles variées, on rapporte un nombre de secousses proportionnel à la masse à la puissance environ −0,22. Le rapport entre force centrifuge et tension superficielle s'exprime par une grandeur sans dimension de la mécanique des fluides, de la famille du nombre de Bond.
📖 Dérivation et suite : Dickerson et al. (2012), article de mesure sur les secousses des mammifères mouillés ／ Wikipédia (japonais) « Force centrifuge »
RechercheCe qu'on ne sait pas encore bien
- Pourquoi les mesures dépassent-elles un peu le calcul ? Les petits animaux ont tendance à secouer plus vite que la formule simple ne le prévoit. On pense que la laxité de la peau et la densité du poil jouent, mais les détails restent inconnus.
- Qu'est-ce qui déclenche la secousse ? Des travaux sur la souris rapportent que les nerfs tactiles à la base des poils déclencheraient ce mouvement. Reste à voir si c'est pareil chez les autres animaux.
- Pourquoi n'ont-ils pas le vertige malgré des secousses violentes ? La tête doit être ballottée avec des accélérations de plusieurs fois la pesanteur, mais on a peu étudié comment le cerveau et les yeux sont protégés.
Le contenu de cet article est donc lui aussi « l'explication dans l'état actuel des connaissances ». La grande tendance – plus le corps est petit, plus on secoue vite – est confirmée par la mesure comme par le calcul.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière · chapitre | Où dans l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 1er domaine : « action des forces », « changements d'état » | Forces sur la goutte, chaleur prélevée par l'évaporation |
| Lycée | Physique : « mouvement circulaire », « quantité de chaleur » | Accélération centripète a ＝ ω²R, calcul de la chaleur de vaporisation |
| Lycée+ | Physique (approfondissement) : « tension superficielle » | Force qui retient la goutte et condition de décollage |
| Univ. | Mécanique des fluides, biomécanique (lois d'échelle) | Nombre de Bond, loi de puissance de la masse |
| Recherche | Éthologie, neurosciences | Nerfs déclencheurs de la secousse, rôle de la peau |
| – | Lien avec la vie quotidienne | Essuyer le chien tout de suite ou le laisser se secouer d'abord. L'essoreuse à salade |
- Dickerson, A. K., Mills, Z. G., Hu, D. L. (2012) Wet mammals shake at tuned frequencies to dry. Journal of the Royal Society Interface 9
- Wikipédia en japonais, « Force centrifuge » (遠心力)
- Wikipédia en japonais, « Tension superficielle » (表面張力)
- National Astronomical Observatory of Japan (国立天文台), éd., « Rika Nenpyō » (理科年表, Annales scientifiques), Maruzen Publishing (valeurs de la tension superficielle et de la chaleur d'évaporation de l'eau)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur pour comprendre le mécanisme. Elles varient beaucoup selon la corpulence de l'animal et l'état de son poil. Par temps froid, essuyez vite un animal mouillé pour qu'il ne prenne pas froid.