Le rythme des battements du cœur réduit l’énergie nécessaire à la circulation des fluides en réduisant la quantité de turbulence.

Introduction

Environ 10 % de votre poids est constitué de sang, et à l'heure actuelle, il se déplace dans tout votre corps, transportant de l'oxygène et des nutriments vers chacune de vos cellules, éliminant leurs déchets, gardant vos cellules immunitaires en patrouille, aidant à réguler votre température et à coaguler. nécessaire. C’est votre cœur qui fait circuler ce fluide hautement fonctionnel, poussant 1.5 gallon de liquide trois pieds par seconde à travers une étonnante distance de 60,000 2.5 miles de vaisseaux sanguins, soit une distance de XNUMX fois le tour de la planète.

La friction du fluide en mouvement à travers 60,000 XNUMX miles de tubes, dont la majorité sont bien plus petites que le diamètre d'un cheveu humain, épuiserait n'importe quelle pompe. Et pourtant, le cœur humain fait circuler ce fluide dans votre corps jour et nuit, pendant des décennies. Comment ça fait ?

La stratégie

Dans un tuyau (comme un vaisseau sanguin), le liquide peut s’écouler de deux manières générales. Dans un écoulement laminaire, le fluide se déplace doucement dans une direction globalement droite parallèle à la direction du tuyau. Dans un écoulement turbulent, le fluide se déplace de manière plus chaotique, dans plusieurs directions différentes à la fois. Plus un fluide s'écoule de manière chaotique, plus il a de friction (c'est-à-dire de traînée) avec lui-même et avec la paroi interne du tuyau qu'il traverse, et plus il faut de force pour pousser le fluide à travers le tuyau. L'écoulement turbulent est la norme dans le mouvement des fluides dans les tuyaux fabriqués par l'homme, mais l'écoulement laminaire est la norme dans le mouvement du sang dans les vaisseaux sanguins.

Contrairement aux pompes qui fonctionnent en continu, le cœur utilise un modèle de pulsations. Il expulse le sang avec une courte contraction, puis se remplit au cours d’une courte expansion appelée « diastole ». Pendant cette période de « repos », le flux sanguin provenant de la poussée précédente ralentit et toute turbulence en développement s’installe. Cela crée des conditions favorables et calmes, car la prochaine contraction envoie un autre afflux de sang. Le schéma alterné permet au cœur de maintenir des flux laminaires dans le système circulatoire, réduisant ainsi considérablement la force requise pour déplacer le sang à travers ce vaste réseau de vaisseaux.

Le potentiel

Les pompes artificielles fonctionnent en continu pendant leur fonctionnement. Cependant, lorsque les chercheurs ont conçu une pompe pour fonctionner comme un cœur, en étant à la fois pulsatile et en phase de repos, l'écoulement turbulent dans le tuyau est devenu laminaire. Le résultat a été une réduction de 27 % de la traînée et une amélioration globale de 9 % de l'efficacité énergétique par rapport à une pompe conventionnelle fonctionnant en continu. Il existe plus de 2 millions de kilomètres de canalisations transportant des fluides dans le monde, de sorte que toute innovation dans la conception des canalisations visant à réduire la traînée nécessite un énorme changement d'infrastructure. Les innovations en matière de pompes sont beaucoup plus faciles à mettre en œuvre. Étant donné que près de 20 % de notre budget électrique mondial est consacré au fonctionnement des pompes, la mise en œuvre de cette innovation biomimétique à l’échelle mondiale pourrait réduire la consommation électrique mondiale d’environ 2 %.

Dernière mise à jour le 11 novembre 2023