Poissons de sable et serpents en chaussettes - 1

Publié le 5 Juillet 2010

SandfishLa semaine dernière, nous étions avec mon amie Zeina chargées de proposer un article pour le Granular Paper Club. Ce club très select regroupe une douzaine de personnes venant de l’institut ou de l’université de Göttingen, travaillant de près ou de loin sur  les mliieux granulaires (c’est-à-dire composés de grains solides qui dans certaines conditions se mettent à couler comme un liquide, comme le sable, le sucre ou les boules des piscines à boules) ou simplement curieuses du sujet (c’est mon cas). Toutes les deux semaines environ, il se réunit pour discuter d’un article proposé par un des membres. Le but : découvrir le travail d’équipes qu’on ne connaissait pas et y piocher des idées, apprendre à décortiquer un texte et à débattre dans un cadre scientifique.

 

Nous avons choisi un article écrit par des biophysiciens de Georgia Tech. Un article sérieux, paru dans le prestigieux magazine Science (qu’on a trouvé excessivement mal écrit, mais là n’est pas le propos). L’article porte sur le lézard Scincus Scincus (charmante bestiole dont vous avez la photo ci-contre, appelée en anglais Sandfish, c’est-à-dire poisson de sable) qui vit dans le désert et se déplace très vite dans le sable où il s’enfouit. Y marche-t-il ou y nage-t-il ? Telle est la question que les auteurs se sont posée.

 

Bizarre ? Pas tant que ça. Il se trouve que la surface de la Terre est en grande partie recouverte de grains, plus ou moins gros, plus ou moins mouillés, plus ou moins rugueux. Et que si nous, nos voitures et nos robots nous déplaçons convenablement sur  les routes, nous sommes bien moins efficaces à la plage. Tandis que les lézards et serpents s’y meuvent avec une aisance, une élégance et une rapidité que seul le mot anglais de « slithering » arrive à rendre. A défaut de comprendre comment ils réalisent cet exploit, on peut essayer de les copier, et donc en premier lieu de les observer.

 

Voici donc nos chercheurs, armés de rayons X pour voir à travers le sable, à l’affût des mouvements du lézard. Pas facile, quand on sait que celui-ci s’enterre complètement en deux dizièmes de seconde ! De nombreux essais plus tard, ils sont formels : après une brève course d’élan à la surface, le lézard n’utilise plus ses pattes une fois immergé dans le sable. Il ondule comme une anguille. Étonnant car a priori, car si l’on ne connaît pas d’équations pour décrire simplement les écoulements de sable, une chose est sûre : celles de l’eau ne conviennent pas. On ne devrait donc pas pouvoir nager dans le sable en faisant les mêmes mouvements que dans l’eau. Encore plus étrange, le lézard se déplace avec la même efficacité quelle que soit la compacité du sable. Or dans toutes les expériences connues, il est plus difficile de déplacer un objet dans un sable bien tassé que dans un sable aéré.

 

Ces observations ont mené les scientifiques à faire une expérience complémentaire, moins sexy mais instructive : promener dans le sable des bâtonnets d’acier (car l’acier et la peau de lézard ont des propriétés de friction similaires) plus ou moins inclinés, dans du sable tassé ou non. Ils en ont déduit une loi empirique pour la résistance exercée par le sable, et la façon dont cette résistance dépend de l’inclinaison et de la compacité. Ils ont ensuite décomposé par la pensée le lézard en petits tronçons cylindriques. Chacun de ces éléments voit sa direction et sa vitesse imposée par le mouvement du lézard (une onde qui se propage de la tête vers la queue). Le modéle leur permet de calculer la force totale subie par l’animal, qui se trouve être, conformément aux observations expérimentales, indépendante de la compacité du sable.

 

Cette étude est un bel exemple de biomimétisme. Partant d’un problème « comment se déplacer efficacement dans le sable ? », les auteurs ont repéré des animaux capables de le résoudre, étudié et compris leur stratégie. Ils sont maintenant capables de construire un robot-lézard se déplaçant sans peine parmi les grains. Plus fondamentalement, ils ont démontré par cet exemple qu’il était posible dans certains cas de s’affranchir du paramètre compacité. D’un point de vue pratique, cela a un intérêt immense, car si en laboratoire on peut préparer des empilements de grains avec une compacité uniforme, dans la vraie vie le sable n’est jamais homogène mais dense par endroits et plus aéré ailleurs. SI on veut par exemple concevoir des appareils capables de creuser dans un vrai sol, on ne peut pas se contenter de les optimiser pour une valeur bien précise de la compacité. Donc cet article donne de l’espoir à tous ceux qui espèrent pouvoir un jour étudier quantitativement les milieux granulaires réels et pas seulement modèles.

 

Bon, j’ai pitié de vous, c’est tout pour aujourd’hui. Mais la prochaine fois, je vous expliquerai pourquoi un serpent, c’est comme un ski de fond. Pour ceux qui ne peuvent pas attendre, vous pouvez aller lire cet excellent article co-écrit par Dan Goldman (pour les lézards) et David Hu (pour les serpents).

Rédigé par Algue

Publié dans #recherche

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