Overblog Suivre ce blog
Editer la page Administration Créer mon blog
/ / /

Le « gecko » est un terme général pour désigner des reptiles  de la famille des « Gekkonidae ». Sous le terme de gecko est désigné un regroupement d’environ 830 espèces de lézards …

Certaines espèces de gecko (beaucoup, mais pas toutes) ont une particularité étonnante : ils peuvent se déplacer sur un plan vertical en toutes les directions; Aristote observait déjà au 4ème siècle avant Jésus-Christ la capacité des geckos à se déplacer le long d’un tronc d’arbre dans toutes les directions, même la tête en bas !

La force adhésive qui leur permet de marcher sur les murs et les plafonds est tellement forte, qu'un gecko adulte pesant 100 grammes peut tenir au mur avec un seul doigt sans déraper ! Cette capacité étonnante a préoccupé grand nombres de chercheurs depuis plus d'un siècle, bien que beaucoup aient abandonné à forces d'échecs... En effet, c'est depuis une dizaine d'années seulement que des scientifiques ont réussis à déceler le système infime qu'a développé le gecko durant des siècles. Mais on n'en est pas resté à l'explication : différents groupes de chercheurs de part et d'autre de la planète se sont mis à la recherche d'un moyen d'imiter ce système d'adhésion si puissant dans les technologies récentes...

 Dans un premier temps, nous allons expliquer le système adhésif du gecko afin de pouvoir, dans une seconde partie, montrer l'expansion des technologies nouvelles suite à l'imitation de la force d'adhésion du gecko.

 

 

Une particularité du gecko: sa force adhésive

 

Le gecko possède des doigts en forme de raquette qui sont recouverts de fines lamelles (voir l'image "mesostructure" du document 1). En observant de plus près ces lamelles on y discernera de minuscules poils : les setaes (visibles  sur les images "microstructure " et "fine microstructure" du document 1). Un setae est composé de kératine, une protéine riche en soufre constitué de trois chaînes torsadées de polypéptide (assemblage d'au moins dix acides aminés) eux-mêmes enroulés en hélice. Un sétae mesure environ une dizaine de microns de diamètre; on en trouve 500 000 sur un doigt (soit 5 000 par mm²) ! La fin de chaque setae se scinde lui-même encore en une centaine de poils plus fins appelés spatulaes (cf. "nanostructure" sur le document 1). Un spatulae a une centaine de nanomètres de diamètre et se termine en structure de spatule (ce qui se voit bien sur l'image en-bas à droite du document 1) pour avoir une plus grande surface de contact avec n'importe quelle paroi sur laquelle le gecko doit adhérer.


setae02-copie-1


 

Document 1:

- macrostructure: un gecko tokay adhérant à une vitre de verre verticale

- mesostructure: une patte de gecko sur laquelle on discerne les fines lamelles aux doigts 

- microstructure: observation au microscope électronique des "poils" qui constituent les lamelles sur les doigts du gecko, les setaes

- fine microstructure et nanostructure: observation au microscope électronique d'une setae se scindant en centaines de spatulaes dont le bout est en forme de spatule  

 

Après de longues recherches, les chercheurs ont trouvé la réponse aux forces d'adhésions phénoménales du gecko dans les liaisons moléculaires, appelés "forces de van der Waals". Les spatulaes qui finissent en structure de spatule forment au contact d'une paroi des liaisons entre les molécules de la spatulae et celles de la paroi. 

 


tp11 vanderwaalskraefte modell

 

Document 2 :

schéma représentant les liaisons moléculaires appelées "liaisons Van der Waals"

(En bleu les noyaux des atomes et en jaune leurs électrons)

 

 


Ces liaisons fonctionnent d'après un principe assez simple : à travers les mouvements gravitationnels du nuage d'électrons autour du noyau il se produit par instant des inégalités entre les deux côtés de l'atome (l'un sera charger positivement δ+ et l'autre négativement δ-). Or si un côté chargé positivement du spatulae du gecko rencontre un côté chargé négativement de la surface, alors ils s'attireront par le principe de la polarité. C'est de là que vient le pouvoir adhésif puissant du gecko.

En revanche pour que ces liaisons soient possibles, la distance entre les spatulaes et la surface doit être inférieure à 1 nm, d'où la flexibilité et la finesse des spatulaes qui doivent pouvoir épouser le moindre recoin de la surface de la paroi. De même, c'est pour augmenter l'efficacité du mécanisme que le gecko possède autant de spatulaes; on a observé sur d'autres animaux fonctionnant sur le même principe d'adhésion que plus l'animal était corpulent, plus il avait besoin de setaes et plus elles étaient fines. C'est pour cela que le gecko, qui est l'animal le plus lourd utilisant ce principe d'adhésion, les setaes se redivisent en une centaine de spatulaes pour augmenter le nombre de liaisons de van der Waals. Une liaison seule n'occasionne qu'une infime force d'adhésion mais multiplié par le nombre de setaes sur chaque doigt, elles donnent des forces d'adhésions incroyables ! Un seul doigt de gecko créé une force d'adhésion de 100 N (ce qui représente le poids d'un seau remplis d'eau sur Terre) alors qu'un setae tout seul a seulement une force d'adhésion d'environ 10 nN.

 


L'utilité pour l'Homme à réutiliser ce phénomène adhésif


Cette capacité d'adhésion si puissante a beaucoup inspiré les chercheurs pour développer de nouveaux produits en utilisant le procédé du biomimétisme.

En 2002, le biologiste Kellar Autumn du Lewis & Clark College de Portland (États Unis) publie ses recherches sur le gecko et rend ainsi accessible une base de données solide sur laquelle les ingénieurs peuvent s'appuyer.

Le premier ruban adhésif sur le modèle la patte du gecko sera élaborée par une équipe de chercheurs britanniques de Manchester sous la direction du professeur Greim un an plus tard : ce ruban est constitué de poils en polymide qui fonctionnent à l'image des setaes du gecko. Le grand défaut de ce nouvel adhésif était son altération après plusieurs cycles collage-décollage car les poils de polymide se cassaient ou se couchaient rapidement, ayant comme conséquence de faire perdre le ruban de son pouvoir adhésif. Pour démontrer leurs progrès, ils collèrent une figurine de Spiderman à une paroi en verre grâce au nouveau ruban adhésif. Voici la photo originale prise dans le laboratoire de la Manchester Univerity en 2003 :


  H1000792-Spiderman toy with gecko tape -SPL

 

Après cette première découverte, c'est à Berkley (Californie) que vont être continué les recherches sur le ruban adhésif par l'équipe de Ronald Fearing. Il va remplacer les poils de polymides des chercheurs britanniques par des poils en polypropyène, plus résistants et se détériorant par conséquent beaucoup moins vite...

Jusqu'à nos jours, nous ne sommes pas parvenus à atteindre la perfection de la patte du gecko : les setaes sur les doigts du gecko se recollent à l'infini par un système auto-nettoyant au fur et à mesure qu'il se déplace alors que le ruban adhésif s'encrasse rapidement en collant au bout de ses poils les grains de poussière ce qui lui fait perdre toute sa capacité d'adhérence.

Cette nouvelle découverte du ruban adhésif fonctionnant sur le principe de la patte de gecko a, contrairement aux byssus de la moule, déjà été utilisé dans certains domaines spécifiques.

L'entreprise américaine spécialisée dans le domaine de l'aéronautique "BAE Systems" a déjà mis en pratique le ruban adhésif en l'utilisant pour réparer des structures percées au niveau des parois d'avions ou des revêtements de carburant.

De plus, SRI international (Stanford Research Instite) travail depuis quelques années à un robot capable de grimper à toutes les parois en utilisant le même mécanisme que le gecko. La vidéo ci-contre montre le modèle "Stickybot" de 2006 monter à une paroi de verre puis de granite :

 

 

 

 

 

 

Un autre projet qui reste à venir est celui du MIT (Massachussetts Institute of Technologie) qui développe un ruban adhésif utilisabledans la chirurgie pour refermer des incisions ou colmater une perforation (comme au niveau du coeur, des poumons ou de la vessie). La particularité qui lui vaudrait cette utilisation est son auto-biodégradabilité : en recouvrant les poils de polymère d'une glue à base de sucre on obtient un ruban adhésif qui est automatiquement éjecter par le corps alors que pour l'instant il faut ré-intervenir pour enlever le matériel qui sert à colmater. Le ruban adhésif chirurgical devrait pouvoir être utilisé d'ici 2 à 5 ans...

Si le ruban adhésif est, comme nous venons de le voir, déjà utilisé dans des domaines spécifiques il n'a pas encore atteint le stade d'avancement de la feuille de lotus dont les produits sont déjà largement commercialisés et accessibles au public... Mais voilà un tout autre sujet qui vous sera expliqué dans le prochain chapitre sur la feuille de lotus.

 



 

Partager cette page

Repost 0
Published by

Présentation

  • : Le biomimétisme
  • Le biomimétisme
  • : Un groupe de TPE de première S présente ses recherches et son travail sur le biomimétisme. En particulier sont traités l'effet lotus et les systèmes d'adhérence des moules et geckos.
  • Contact

Recherche