Publication d’une équipe de chercheurs de l’UNS (...)

Rubrique : Nice Universitaire

L’article, intitulé "The fern sporangium : a unique catapult", est issu d’une collaboration franco-américaine entre Xavier Noblin, Coraline Llorens, Nicolas Rojas et Médéric Argentina des Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, LPMC et Laboratoire de Mathématiques J.A.Dieudonné de l’UNS, Jared Westbrook et Jacques Dumais de l’Université de Harvard. Ces résultats sont ainsi le fruit d’une collaboration à l’interface entre physique et biomécanique des plantes.

Un grand nombre de fougères éjectent leurs spores grâce à un mécanisme de catapultage qui rend leur dissémination très efficace. Sous les feuilles de ces plantes se trouvent les sporanges, capsules remplies de spores qui sont dispersées comme des graines. Une rangée d’une douzaine de cellules appelée l’anneau entoure cette capsule, c’est une poutre élastique qui s’ouvre lorsqu’elle se déshydrate. Le dessèchement induit une grande déformation de l’anneau et des bulles de cavitation sont nucléées ce qui relâche l’énergie élastique de cette poutre. Cette dernière se referme très rapidement et éjecte les spores comme une catapulte. Les catapultes anciennes possèdent une barre d’arrêt qui stoppe le mouvement de la poutre à mi-chemin, sans ce mécanisme, les projectiles se retrouveraient envoyés directement dans le sol.

Xavier Noblin (LPMC, Nice) et ses collègues (Coraline Llorens du LJAD et du LPMC, Médéric Argentina, Nicolas Rojas du LJAD, Jacques Dumais de l’Université d’Harvard et Jared Westbrook de l’Université d’Harvard, maintenant à l’Université de Floride) ont découvert comment les fougères envoient leurs spores sans barre d’arrêt à l’aide d’imagerie ultra rapide et du développement d’un modèle théorique. Ils ont montré que le mouvement de retour rapide de cette catapulte s’effectue sur deux échelles de temps ce qui permet un arrêt momentané de son bras et éjecte très efficacement les spores. C’est la structure poreuse de l’anneau qui produit cette fermeture en deux temps. Le premier temps caractéristique est inertiel : l’énergie élastique est convertie en énergie cinétique en quelques dizaines de microsecondes. L’eau présente autour des fibres de cellulose constituant l’anneau n’a pas le temps de s’écouler pour se conformer à la nouvelle déformation. Cela se produit en plusieurs dizaines de millisecondes ce qui établit le deuxième temps (poroélastique). Cela conduit à un freinage brusque de la catapulte environ à mi-chemin et permet donc l’éjection des spores à plus de 10 mètres par seconde.

Ce travail, fruit d’une collaboration franco-américaine interdisciplinaire ouvre des perspectives pour le développement de capteurs-actuateurs sensibles à l’humidité, mais aussi de nouveaux horizons concernant l’étude de la propagation des bulles de cavitation dans des dispositifs biomimétiques inspirés des sporanges. Une des questions est : pourquoi plusieurs bulles apparaissent presque simultanément dans différentes cellules ?

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P.-S.

L’adresse originale de cet article est http://actualite.unice.fr/spip.php?...