Une étude, dont les résultats intitulés «Flow Rectification in Loopy Network Models of Bird Lungs» sont publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis d'établir que les capacités des oiseaux à voler et à respirer proviendraient, en partie, de la structure en boucle de leur système respiratoire.

Relevons tout d'abord qu'il y a un siècle, des chercheurs ont percé à jour l'un des secrets des oiseaux: alors que, chez l'humain, les flux d'air de la respiration oscillent en deux temps, «inspiration, flux d'air en arrière, expiration, flux d'air en avant», en permanence chez les oiseaux, «l'air ne se déplace que dans un sens». Ce procédé, «plus efficace que nos poumons de mammifères» permet aux oiseaux de voler «à travers des océans et des continents entiers, à des altitudes aussi élevées que le mont Everest, où l'oxygène est bien moindre».

Leurs bronches «sont alimentées en air par des sacs aériens, chargés d'accueillir l'air lors de l'inspiration et de l'expulser lors de l'expiration». Ces sacs aériens «sont présents en amont et en aval des bronches» et «le flux d'air effectue une grande boucle unidirectionnelle» qui «aère même les recoins les plus profonds en apportant de l'air frais».

Concrètement, l'étude ici présentée a «exploré ces mouvements en imitant la respiration des oiseaux» en reproduisant par des tuyaux leur structure en boucle. Les flux d'air ayant «été modélisés par des courants d'eau, agrémentés de microparticules pour visualiser la direction de l'eau», il est apparu que «la 'respiration' se transformait bel et bien en flux à sens unique autour des boucles».

Les simulations informatiques permettent de «mieux comprendre les mécanismes impliqués»: comme «l'inertie a tendance à amener les flux à continuer tout droit» plutôt de tourner dans une voie latérale, cela «conduit à des flux et à une circulation à sens unique autour des boucles, de par la façon dont les jonctions sont reliées au réseau». En fait, les voies latérales «sont obstruées par un vortex, c'est-à-dire que le fluide, qui s'écoule, tourbillonne».

Autrement dit, «la perte et l'apparition d'un vortex d'air aux jonctions des boucles serviraient de valves» pour orienter la direction de l'air: «s'il y a un vortex, l'air continue son chemin», tandis que «s'il n'y a pas de vortex, la voie est libre et l'air s'y engouffre».