Les ailes du papillon repoussent l'eau
Avec l’aide d’une équipe de chercheurs, Sunghwan Jung et Seungho Kim, professeurs et docteurs de Biologie à l’Université de Harvard, ont étudié les effets de l’impact des gouttes de pluie à grande vitesse sur les surfaces biologiques hydrophobes naturelles. Avec cette méthode, ils ont voulu reconstituer à petite échelle les effets caractéristiques d’une vraie pluie.
Pour réaliser l’expérience, des gouttes d’eau ont donc été testées à grande vitesse de chutes directement sur la surface des ailes de papillons, mais également sur d’autres surfaces biologiques (feuille, aile d’oiseaux, de libellules, etc).
En observant les ailes de papillons au microscope, ils ont remarqué que leur structure était constituée de petites bosses et d’une couche de cire nanométrique qui permet de briser et de disperser les gouttes d’eau pour réduire les effets de l’impact. En effet, les structures nanométriques ont tendance à avoir des propriétés très hydrophobes.
© John Munson/Cornell University
Après avoir réalisé les expériences, les chercheurs ont découvert que le temps de diffusion de la goutte d’eau sur une aile de papillon est extrêmement rapide (t=7.0 millisecondes contre t=8.0 ms pour la feuille et t=9,4 ms pour la plume d’oiseau) et fait l’objet d’un intérêt dans la recherche, notamment pour la mise au point d’un matériau aux propriétés similaires. Ainsi, la composition et la structure biologique d’une aile de papillon permettrait d’en savoir plus sur l'étanchéité des matériaux et de pousser les avancées technologiques, à l’exemple de la technologie Gore-tex®*
*matière constituée d’une membrane micro percée, étanche aux gouttelettes d’eau et qui laisse passer les molécules de vapeur d’eau. Cette membrane est souvent utilisée pour la fabrication des vêtements sportifs ou de randonnées.
contrôle de la chaleur
Mais ce n’est pas l’unique faculté des ailes des papillons : celles-ci seraient capables de contrôler la chaleur ! En effet, avec des ailes riches en cellules vivantes nécessitant des températures appropriées à leur survie, il est indispensable que ces zones aient un moyen de garder une température constante.
Des scientifiques des universités d’Harvard et de Columbia aux Etats-Unis ont d’ailleurs étudié l’équilibre thermodynamique des papillons et l’adaptation des ailes à la chaleur. Afin de limiter les interactions lors des expériences et pour être le moins invasif possible, ils ont développé une technique basée sur l’imagerie thermique dans le but d'analyser les températures des ailes avec précision, dans des conditions expérimentales similaires à l’environnement naturel du papillon.
Les espèces de papillons sélectionnées (Vanessa cardui, Satyrium caryaevorus et Parrhasius m-album) ont permis d’établir que les sensilles (organe sensoriel) dans les nervures des ailes du papillon jouent le rôle de capteurs de températures.
Ainsi, le papillon réalise une thermorégulation de son organisme. Une partie des rayons infrarouges et de la lumière visible perçus par les ailes sont rétrodiffusés, c’est-à-dire que la chaleur se dissipe par rayonnement thermique, tandis que l’énergie solaire absorbée est quant à elle distribuée à travers le flux sanguin (hémolymphe), lorsque le papillon bat ses ailes.
De plus, l'absorptivité solaire des ailes dépend de la région de l’aile, par exemple, les écailles du papillon situées sur les organes androconiaux (organes de l’aile libérant des substances chimiques sexuelles) possèdent la plus grande capacité d’absorption (A = 0,71 contre 0,45 pour le côté dorsal). Enfin, certaines espèces de papillons seraient capables de supporter une température atteignant les 42°C !
© Nanfang Yu et Cheng-Chia Tsai
Les auteurs de cette étude pensent qu’une meilleure compréhension du rôle des ailes de papillons dans la détection de l’énergie solaire permettrait de développer des nanostructures résistantes à la chaleur ou encore d’améliorer les capteurs de températures déjà existants.
Nous avons ainsi découvert que les superpouvoirs des papillons d’aujourd’hui sont le fruit de plusieurs siècles d’adaptations aux conditions environnementales, suscitant un grand intérêt au sein de la communauté scientifique dans le domaine des nouvelles technologies. L'étude de la structure morphologique des papillons peut être prometteuse pour le développement d'outils inspirés des êtres vivants (biomimétisme).
Références bibliographiques
- Seungho.K, Zixuan.W, Ehsan.E, Jason.J, Sunghwan.J. 08/06/2020. “How a raindrop gets shattered on biological surfaces”, Harvard University, Cambridge
(consulté le 11/07/2023).
-Krishna.R. 08/06/2020. “Armor on butterfly wings protects against heavy rain”, Cornell Chronicle, Cornell University
https://news.cornell.edu/stories/2020/06/armor-butterfly-wings-protects-against-heavy-rain (consulté le 22/06/2023)
- Cheng-Chia.T, Richard.A, Norman. N, Cristal.R, Julianne. N, Gary.D, Naomi.E, Nanfang. Y. 28/01/2020. “Physical and behavioral adaptations to prevent overheating of the living wings of butterflies”, Harvard University and Columbia University, Nature communications, https://www.nature.com/articles/s41467-020-14408-8 (consulté le 27/06/2023)
-Teledyne Flir. 11/02/2020. “L’imagerie thermique permet aux chercheurs de voir au-delà de la surface des ailes de papillon” (consulté le 27/06/2023)
-Stéphanie. M 15/03/2021. “Tout ce qu’il faut savoir sur le GORE-TEX®”
(consulté le 12/07/2023)
-“Qu’est-ce que le GORE-TEX ?” Salomon.
(consulté le 12/07/2023)
-Définition Larousse “sensilles”
