Les poils, outils précieux pour inventer de nouvelles techniques de nettoyage

Hisashi/Flickr, CC BY-SA

Observez une mouche atterrissant sur la table de la cuisine : la première chose qu’elle fait, c’est de se nettoyer très, très soigneusement. Même si nous ne pouvons le voir, la surface du corps de l’insecte est recouverte de poussière, de pollen et même de mites insidieuses qui peuvent s’y tapir si elles ne sont pas enlevées.

Rester propre peut être affaire de vie ou de mort. Tous les animaux, les humains y compris, prennent ainsi le nettoyage tout à fait au sérieux. Chaque année, nous consacrons l’équivalent d’une journée entière à nos ablutions et deux semaines à rendre nos maisons propres. Le nettoyage peut se révéler aussi vital que manger, respirer et copuler.

Et pourtant, d’une façon ou d’une autre, personne n’attache tellement d’importance à cet acte.

Dans notre nouvel article publié par le Journal of Experimental Biology, nous examinons comment le nettoyage intervient dans la nature et nous nous demandons si les animaux observent vraiment des règles destinées à se garder propre. Nous avons compté au microscope le nombre et la taille de poils sur des centaines d’animaux. Nous avons lu presque une centaine d’articles sur le nettoyage dans la nature en essayant de transposer ce processus en données chiffrées.

Extrapoler à partir de principes constitue un pas important pour la science et, plus encore, pour d’éventuelles applications techniques. Apprendre de meilleures façons de nettoyer va non seulement nous permettre de comprendre l’humble mouche, mais aussi de construire toutes sortes de nouveaux engins qui restent propres plus longtemps.

Les poils amplifient la surface corporelle

Image au microscope électronique de la patte avant d’une abeille. Georgia Tech, CC BY-ND

Pour comprendre la manière dont les animaux se nettoient, il faut d’abord savoir comment ils se salissent. La souillure qui s’accumule sur leur corps provient du simple fait de vivre. La surface d’un animal n’est pas aussi facile à mesurer que les dimensions d’une boîte en carton. La plupart des bêtes – des moustiques jusqu’aux éléphants – sont poilues. Au-delà de la peau extérieure de l’animal, ces poils offrent une surface supplémentaire où la saleté peut s’accumuler.

Nous avons trouvé qu’en moyenne la pilosité augmente la superficie visible de l’animal d’un facteur 100. Ainsi, un chat représente la surface d’une table de ping-pong (c’est pour cela qu’il est si difficile de nettoyer un animal familier). Un chinchilla atteint une surface comparable à celle d’un 4X4. Et une otarie, celle d’un terrain de hockey sur glace.

Nous les humains, nous disposons d’environ 100 000 cheveux sur notre tête. La comparaison avec le nombre de poils sur d’autres animaux défie l’imagination. Un papillon a 100 milliards de poils, dix fois plus qu’un castor. L’abeille a 3 millions de poils, le même nombre qu’un écureuil.

De plus, les animaux ont autant de types de poils que nous avons de types de coiffures. Ils sont dotés de filaments, d’épines, de soies, d’écailles et de poils de toutes formes et de toutes les tailles. Une chose est claire : la pilosité augmente la surface du corps et rend le problème du nettoyage d’autant plus difficile. Préfériez-vous nettoyer un parquet en linoléum ou un tapis à longs poils ?

Une mouche à fruit brosse sa tête pour se débarrasser de pollen. Vidéo ralentie 33 fois.

Les poils, outils de nettoyage

Pour nettoyer leur corps, presque tous les insectes ont des pattes poilues, chaque patte ressemblant à un plumeau. Observer comment les pattes interagissent avec les poils du corps révèle l’une des plus surprenantes caractéristiques des poils. Nous avons utilisé une caméra vidéo à grande vitesse pour étudier comment la mouche du vinaigre se nettoie la tête avec ses pattes. Les particules contenues par les poils sont alors catapultées à près de 1000 fois l’accélération gravitationnelle, bien plus rapidement que le temps nécessaire à la mouche pour bouger ses membres. Les poils qui servaient à l’origine de terrain d’atterrissage à la poussière servent maintenant de catapultes par les pattes poilues qui s’agitent au-dessus d’elles.

Vidéo ralentie 600 fois d’un un brin de cheveu humain touchant l’antenne d’une mouche.

Pour un nettoyage efficace, pas question de mettre au point seulement un outil opérationnel comme un balai-éponge. Il faut également créer une zone facilitant ce travail de propreté. Et très souvent dans la nature, ces surfaces défient l’imagination.

L’ébrouage. S Carter, CC BY-SA

Nous avons identifié deux types principaux de nettoyage. Le premier consiste en une stratégie nettoyante non renouvelable, qui utilise les propres sources d’énergie de l’animal. Entre autres possibilités, on peut songer à un nettoyage similaire à celui qu’effectue un aspirateur, requérant de l’énergie pour actionner la brosse.

Autre exemple, le chien mouillé qui s’ébroue. Il n’utilise pas d’outil de nettoyage, mais il le remplace par la propre inertie de son corps. Il se secoueviolemment comme une machine à laver lors de son cycle d’essorage. Particules et gouttes sont expulsées dans un processus utilisant l’énergie du chien.

Par ailleurs, il existe des stratégies de nettoyage renouvelables. Celles qui ne requièrent pas l’énergie de l’animal et ne demandent rien de particulier.

Les cils sont les nettoyeurs des yeux. Kristina Alexanderson, CC BY-SA

Exemple avec les cils, ces poils qui encerclant l’œil. Quand nous nous projetons vers l’avant, le déplacement d’air réduit d’un facteur deux l’accumulation de particules, comparé à celle qui serait celle d’un œil sans poils. Aussi, simplement par ce qu’il y a une pousse de cils, il nous est permis de cliquer moins des yeux et d’économiser cette énergie pour d’autres usages.

Autre exemple, celui des « pelotes d’épingles » à l’échelle du nanomètre qui se trouvent sur les ailes de la cigale. Ces bactéries agissent comme des ballons remplis d’eau qui explosent au contact. Enfin, l’exemple des gouttes de pluie qui glissent le long de la fourrure d’un animal, le laissent aussi propre qu’une feuille de lotus.

Surface + énergie + comportement = propreté

La façon dont les animaux se rendent propres résulte d’une interaction entre la surface de l’animal, ses comportements et l’énergie liée à son environnement. Un animal se nettoie sans mal tout seul dès lors que son corps possède la surface adéquate. Si nous-mêmes acquérons cet état d’esprit, peut-être pourrons-nous mettre au point de nouveaux dispositifs aboutissant à un nettoyage libéré de toute contrainte.

Prenez l’exemple des panneaux solaires. Comme l’œil, ils doivent laisser entrer la lumière. Mais les panneaux solaires perdent 7 % de leur puissance annuelleà cause de l’accumulation de la poussière. La solution la plus high-tech, c’est de passer un coup d’éponge. Quand on y pense, l’âge des ordinateurs nous a propulsés à des années-lumière de nos ancêtres en termes de communications alors que nos moyens de nettoyage restent englués dans le passé.

Images au microscope électronique des cils d’un œil d’abeille. Georgia Tech, CC BY

Imaginez des panneaux solaires configurés comme des yeux d’insectes. On peut placer de fins filaments à intervalles périodiques pour retenir la poussière du panneau tout en laissant passer la lumière. Nettoyer le panneau nécessiterait juste l’utilisation d’une autre brosse. A la façon des insectes, le panneau serait propre sans utilisation d’eau ou de produits chimiques. De même, des caméras vidéo, ces yeux des robots, pourraient être équipées de cils pour réduire les dépôts. Imaginer des systèmes de poils synthétiques, c’est à cela que nous consacrons notre bourse de la National Science Foundation, « Concevoir des yeux d’insecte ».

Nous nous représentons les robots du futur avec leur surface polie et brillante comme les chromes polis d’une voiture. Mais dans la nature, les surfaces lisses ne sont pas la norme. Les futurs dessus de table comporteront de microscopiques parties qui éradiqueront les bactéries présentes. Des véhicules robotisés pourront être recouverts de poils percevant leur environnement, qui suspendront les particules et permettront un nettoyage facile. À dire vrai, le futur s’annonce au poil !

This article was originally published in English