Samedi-sciences (48): le galop du guépard

La vitesse du guépard, sans conteste l’animal terrestre le plus rapide du monde, est un mystère : alors que sa taille et sa morphologie sont proches de celles du lévrier, il va presque deux fois plus vite. Il a été chronométré à la vitesse moyenne de 29 mètres par seconde sur une distance de 200 mètres, ce qui correspond à plus de 104 km/h, et à une vitesse de pointe de l’ordre de 110 km/h. En comparaison, les vitesses record du lévrier se situent entre 60 et 70 km/h.

Guépard à la poursuite de sa proie © Malene Thyssen Guépard à la poursuite de sa proie © Malene Thyssen
La vitesse du guépard, sans conteste l’animal terrestre le plus rapide du monde, est un mystère : alors que sa taille et sa morphologie sont proches de celles du lévrier, il va presque deux fois plus vite. Il a été chronométré à la vitesse moyenne de 29 mètres par seconde sur une distance de 200 mètres, ce qui correspond à plus de 104 km/h, et à une vitesse de pointe de l’ordre de 110 km/h. En comparaison, les vitesses record du lévrier se situent entre 60 et 70 km/h.

Penny Hudson, Sandra Corr et Alan Wilson, du Royal Veterinary College de Londres, se sont penchés sur cette énigme biomécanique. Elle est d’autant plus intrigante que le guépard et le lévrier utilisent la même allure, le « galop rotatoire »: sa particularité est que les posés des pattes se font dans un ordre circulaire. Dans le galop transverse, celui du cheval, le posé d’une patte avant est suivi de celui de la patte arrière diagonale.

Le galop rotatoire est une allure asymétrique avec deux phases aériennes : l’une pendant laquelle le dos est fléchi et les pieds arrières passent devant les pieds avant ; l’autre avec les pattes étirées et le dos en extension. On peut expliquer l’efficacité de cette allure par le fait qu’elle tire parti de l’élasticité des structures du dos et permet de réduire la perte d’énergie. Si l’hypothèse est juste, elle permet de comprendre pourquoi le guépard court plus vite que le cheval, mais non pourquoi il laisse sur place le lévrier, qui bénéficie du même avantage.

Afin d’en savoir plus, Penny Hudson et ses collègues ont filmé neuf guépards et six lévriers avec des caméras à haute vitesses fabriquées par la firme suisse AOS technologies, qui sont utilisées entre autres par l’industrie automobile pour les crash tests. Avant de les filmer, les scientifiques ont soigneusement mesuré les animaux. Leur poids varie entre 30 et 45 kilos pour les guépards, entre 30 et 35 kilos pour les lévriers ; la longueur du dos des félins va de 0,63 à 0,83 m, celle des canidés 0,68 à 0,71 m ; les pattes arrières mesurent de 0,58 à 0,60 m pour les guépards, de 0,49 à 0,54 m pour les lévriers ; et les pattes avant, de 0,54 à 0,63 m chez les guépards, de 0,56 à 0,61 chez les lévriers (les membres antérieurs sont donc un peu plus longs dansles deux espèces). Globalement, les dimensions du corps sont très proches, les lévriers étant en moyenne un peu plus petits.

Pour faire courir les animaux, Hudson et ses collègues les ont entraînés à poursuivre un leurre. Sport pour lequel le lévrier est sans doute avantagé, ayant été élevé pour le pratiquer. Les guépards ont poursuivi le leurre, mais à une vitesse sensiblement inférieure à celle qu’il atteint dans la savane. Au total, les lévriers filmés par les scientifiques britanniques ont atteint des vitesse proches du maximum connu pour leur espèce, tandis queles guépards ont été légèrement plus lents que les lévriers…

Lévrier de course en pleine extension © AngMoKio Lévrier de course en pleine extension © AngMoKio

Explication, selon les scientifiques britanniques : bien qu’en bonne forme, ces guépards, qui ont été élevés en captivité, n’ont jamais connu la motivation de l’animal sauvage lancé à la poursuite de sa proie. Pour un guépard, un leurre est sans doute moins attirant qu’une jeune antilope.

Malgré cette limitation, l’étude a permis des comparaisons révélatrices entre la manière de courir des deux espèces (elle est publiée dans The Journal of Experimental biology). Les deux espèces ont utilisé un galop rotatoire, comme prévu. Notons que lorsqu’il utilise cette allure, l’animal a un membre directeur. Les films montrent que le guépard change souvent de côté directeur, en fonction des rebonds du leurre.

Lorsqu’ils galopent à la même vitesse que les lévriers, les guépards ont une foulée plus ample, avec une cadence plus basse, qu’ils augmentent pour accélérer : de 2,4 foulées par seconde à 32 km/h, ils passent à 3,5 foulées par seconde pour atteindre les 60 km/h, et peuvent sans doute monter jusqu’à 4 foulées par seconde.

Les lévriers, eux, ont un rythme constant de l’ordre de 3,5 foulées par seconde, et pour accélérer, ils doivent allonger leur foulée plus que les guépards : entre 30 et 60 km/h, la foulée du guépard augmente de 3,7 à 5,5 m environ, celle du lévrier de 2,8 à 5,5 m. Autrement dit, le lévrier doit doubler la longueur de son pas alors que le guépard l’augmente de 50% seulement. Tous deux allongent la foulée en accélérant, mais cette allongement est plus progressif chez le guépard.

Autre différence : le temps pendant lequel la patte arrière directrice est en contact avec le sol est plus long chez le guépard. Cela pourrait réduire la charge maximale qui s’exerce sur les pattes du félin.

Or cette charge est une des limites mécaniques à la vitesse maximum que l’animal peut atteindre. Selon Wilson, grâce à son plus long temps de contact avec le sol, le guépard atteint la limite de charge à une vitesse plus élevée que le lévrier.

Enfin, la répartition des forces sur le corps n’est pas identique pour les deux espèces. A grande vitesse, les membres inférieurs portent la majorité du poids de l’animal. Mais la proportion mesurée à 65 km/h est de 70% pour le guépard et de seulement 62 % pour le lévrier. Cet écart peut s’expliquer par le fait que le dos du guépard est plus souple et lui permet de placer ses membres postérieurs plus en avant, et donc plus près de son centre de gravité. Le fait d’avoir un poids réparti davantage sur les membres postérieurs donne une meilleure prise au sol pendant l’accélération et diminue le risque de glissade. Par ailleurs, cela permet au félin de libérer ses membres antérieurs au moment de la proie.

Toutes ces différences permettent de comprendre comment le guépard dépasse le lévrier : schématiquement, il est plus souple, plus élastique, et optimise les paramètres de sa foulée. La prochaine étape pour l’équipe de Hudson sera de vérifier ces théories en situation réelle, en filmant sur le terrain des guépards sauvages lancés à pleine vitesse derrière de vraies antilopes.

 

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