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04/08/16

Les coléoptères possèdent sous leurs pattes des milliers de structures micrométriques élancées et flexibles semblables à des poils, qui leur permettent d’adhérer à toute surface grâce à une infime quantité de liquide présente à leur pointe. C'est du moins ce que l’équipe du Microfluidics Lab de l’Université de Liège a réussi à mettre en lumière en étudiant la chrysomèle de l'oseille. Les échelles en jeu sont tellement minuscules qu'aucun consensus n'a pu être atteint jusqu'ici, ni sur la quantité ni sur le rôle joué par ce liquide systématiquement présent. Par une méthode de microscopie à interférence lumineuse, les chercheurs ont pu observer les déformations de ces structures micrométriques in-vivo. Ils ont ensuite vérifié qu'une théorie simple basée sur une déformation par les forces capillaires pouvait prédire les niveaux d'adhésion atteints par les insectes. Et ils ont calculé la quantité de liquide nécessaire: elle est de l'ordre d'un femtolitre (l'équivalent d'un cube d'un micromètre de côté) par structure! Des résultats, atteints avec l’aide de chercheurs de l’ULB et de l’université de Cambridge (UK), qui viennent d’être publiés dans le Journal of the Royal Society Interface (1) 

L’étude des mécanismes d’adhésion développés par les animaux n’est pas neuve. Les procédés d’accrochage de la moule ou autres mollusques ont été abondamment étudiés, comme celui du gecko, petit lézard qui se caractérise par une étonnante capacité à grimper très rapidement sur des surfaces très diverses. Dans ce dernier cas, il s’agit d’adhésion sèche, phénomène dans lequel s’expriment les forces de Van der Waals (interactions électriques de faible intensité qui ont lieu à courtes distances entre atomes ou molécules). Ce mode d’adhésion est étudié depuis plusieurs années, ce qui a permis la mise au point de colles et même de petits robots fonctionnant sur ce principe. 

Le mécanisme développé par les insectes est très différent puisqu’il s’appuie sur la capillarité.  Et il en existe de deux types. Tout d’abord, les adeptes de l'adhésion capillaire " lisse" (smooth capillary adhesion), les fourmis ou les phasmes par exemple, qui adhèrent à l’aide de coussinets de quelques dixièmes de mm de large, entièrement recouverts de fluide. Ensuite, ceux qui ont développé un système d'adhésion capillaire "poilue" (hairy capillary adhesion). L’adhésion se fait cette fois par le truchement de très fines structures d'un diamètre de l’ordre du micron, couplées avec énormément de petits ménisques liquides plutôt que de n’en avoir qu’un seul sous la patte comme les précédents. C’est le cas des mouches, mais aussi des coléoptères comme la coccinelle par exemple.

La chrysomèle de l’oseille

C’est ce dernier type d’adhésion qu’a étudié Sophie Gernay, doctorante au sein du Microfluidics Lab de l’Université de Liège, dirigé par le professeur Tristan Gilet

« Il y a évidemment bien des manières d’étudier les insectes, explique Sophie Gernay. Pour notre part, nous essayons d’en réaliser des modèles physiques. Nous n’observons pas uniquement les structures ou les matériaux mais tentons de leur faire correspondre  des lois physiques et des modèles mathématiques pour simplifier et avoir une idée du fonctionnement. Afin bien sûr d’essayer de reproduire en laboratoire ce que nous avons observé chez l’insecte. »

L’insecte choisi par les chercheurs liégeois est la chrysomèle de l’oseille (Gastrophysa viridula, ainsi nommé car il ne se nourrit que de cette plante !). Long d’environ 5 mm, il présente en effet de bonnes performances d’adhésion, mais surtout, il se reproduit facilement en laboratoire, n’a pas besoin d’hiberner, il ne vole pas et est une espèce documentée correctement par les biologistes, dont l’équipe de Cambridge (professeur Walter Federle) qui a participé à l’étude. Bref, un petit animal qui a tout pour plaire et devenir une vraie star de laboratoire !

Pattes Chrysomele

(1) Elastocapillarity in insect fibrillar adhesion, Sophie Gernay et al. Journal of the Royal Society Interface.

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