Qu'est-ce qu'un gecko?
Les geckos sont des reptiles qui occupent des biotopes très variés caractérisés par leur agilité et leurs rapidités. Ces derniers peuvent atteindre de grandes dimensions, pouvant aller jusqu’à 35 cm. Ils possèdent la capacité de franchir sur toutes les surfaces, de courir sur les murs et les plafonds et de se décoller avec une facilité surprenante en une quinzaine de millisecondes dans n’importe quelle position. L’adhérence du gecko défaite et renouvelée peut atteindre les vingt fois par seconde.
Comment expliquer cette adhérence?
Le secret de ce mystérieux reptile réside dans ses quatre pattes constituées de cinq doigts dont la structure hiérarchisée constitue un adhésif efficace. Les doigts des geckos sont composés d’une série de lamelles sèches, les scansors, elles-mêmes formées d’une abondance de fibres souples, les sétules (appelé aussi setae) disposées en une sorte de quadrillage. Chaque 4 setae forment une parcelle appelée aussi « diamant » dont la surface est hydrophobe. Ces sétules de 5 micromètres de diamètre mesurent environ 110 micromètres de longueur et 4.2 micromètres de largeur et se ramifient elles-mêmes en centaines de branches de kératine associées à des beta-protéines de 200 nanomètres de diamètre, chacune se terminant par une mince spatule triangulaire dont les pointes sont aplaties. L'extrémité mesure environ 0,2 micromètre de longueur et autant de largeur. (A noter que la B-kératine est une protéine riche en soufre constituée de trois chaines torsadés de polypeptides eux même enroules en hélice).
On compte 14 400 sétules par mm2, ce qui fait environ 6,5 millions de sétules pour la totalité du gecko. Cette morphologie singulière permet à un gecko de 50 grammes de pouvoir porter de 2 kg soit de résister à une traction de près de 20 newtons (soit plus de 40 fois son poids). (A noter qu’une unique sétule peut soutenir au maximum une force de 200 micros newtons, appelée force de cisaillement). Lorsque les contraintes mécaniques de pression ou de traction augmentent, le nombre de setae mises en jeux dans l'adhérence augmente. Les forces qui s'exercent entre la surface et le gecko sont donc plus intenses. Ainsi, l'adhérence est donc maximale quand la patte se pose, s'appuie et se rétracte.
Vidéo montrant la patte de gecko
L’adhérence des geckos défiant les lois de la pesanteur s’explique grâce aux interactions électrostatiques existant entre ses cils microscopiques de ses doigts et la surface.
Le gecko est insensible aux interactions entre les molécules qui se trouvent sur les pattes du gecko et celles de la surface à laquelle ce dernier se « colle ». Il n’y a donc aucune différence d’adhésion suivant que la surface soit hydrophobe ou hydrophile contrairement au mécanisme d’adhésion par capillarité. Il s’agit des forces de Van Der Waals existant au niveau des spatules des geckos et la surface avec laquelle ils sont en contact qui expliquent l’adhérence des geckos.
Schéma montrant les liaisons Van der Waals entre les molécules
Vidé0 montrant les liaisons Van der Waals entre les molécules
Il arrive par moment que l’on identifie l’apparition de charges partielles positive δ+ et négative δ- entre deux atomes reliés par une liaison covalente au sein d’une molécule due a un partage dissymétrique du doublet d’électrons de cette liaison. L’ensemble constitué de ces deux charges ponctuelles opposées est alors dit dipôle électrique.
Ces interactions sont de nature électrostatique, intermoléculaires, entre dipôles électriques par influence et ont lieu entre les nuages électroniques des atomes constituants les molécules. Ces forces attractives intervenant à courte distance, sont d’autant plus intenses que les molécules qui interagissent sont proches et volumineuses. Les valeurs des forces sont faibles (de l’ordre de 10 nN, soit 0,01 µN).
Au niveau des molécules de kératine qui sont de nature protéique et fibreuse, se forme des liaisons attirant les molécules de la surface. Toutefois, cette adhérence rendue possible grâce aux interactions Van Der Vaals, est favorisée par la présence de spatules dont le rôle est de réduire la distance séparant les doigts du gecko de la surface (vu que ces forces se manifestent à courte distance).
Les doigts de gecko ne se « collent » pas les uns aux autres lorsqu’il est à l’état de repos. Ceci s’explique par l’arrangement des composants des doigts : les brins des sétules sont incurvés vers le corps du gecko et les spatules désorganisées. En contrepartie, quand la patte est posée, les sétules s’aplatissent et mettent les spatules en contact avec le substrat, augmentant leur surface et donc leur adhérence. L’adhérence cesse donc au moment où la sétule est inclinée par rapport à la surface : le gecko peut alors détacher sa patte par un simple mouvement de rotation. Lorsque cet angle atteint 30°, les forces adhésives deviennent nulles.
Les setae du gecko sont flexibles, sont à la limite entre l’adhésif et le non adhésif et de l’ordre de 105 Pa d’après le modèle de Young tandis que les spatules sont davantage plus rigides et sont de l’ordre de 109 Pa et font partis du domaine non-adhésif d’après le modèle de Young. La combinaison robuste de la bêta-kératine et souple des spatules et des sétules permet une maximisation du contact entre la patte du gecko et le surface et permet ainsi une utilisation récurrente et intensive de l’adhésif, sans glissement ni détérioration. De plus, vu la nécessitée d’une déformation mécanique pour adhérer, les doigts ne se collent pas les uns aux autres et ne se salissent. Cette capacité d’auto- nettoyage explique le fait que la poussière ne gêne pas l’adhérence du gecko.