Le gecko

      Les geckos sont des reptiles, plus précisément des squamates, originaires d’Asie (Inde, Pakistan, Afghanistan, Iran),  qui ont au fil du temps migré dans le monde entier grâce à leur corps qui s’adapte à la température extérieur : ce sont des poïkilothermes.

Phylogénie  au sein des squamates :

      Le terme "gecko" est une appellation généraliste désignant l'ensemble des reptiles de la famille des "Gekkonidae".

      Ces petits lézards nocturnes ou diurnes sont parvenus à s'adapter à des conditions de vie très variées. Ils occupent des biotopes divers : la plus grande partie d'entre-eux vivent dans des pays tempérés ou chauds mais on en trouve également dans des milieux  semi-arides ainsi que dans les déserts. Ils habitent généralement dans les arbres ou sur le sol des forêts.

Leur espérance de vie s'élève en moyenne de treize à quinze ans, elle peut néanmoins aller jusqu'à vingt ans ou bien baisser jusqu'à trois ans pour certaines petites espèces.

Cette petite bête se nourrit de tous les types d'invertébrés mais éprouve un penchant pour les insectes et les araignées.Il se nourrit également de fruits parfois.

Le gecko mâle possède deux pénis et se sert seulement de l'un deux pour féconder la femelle.

Certaines espèces de gecko pondes leurs oeufs dans une cavité du sol alors que d'autres conservent les oeufs dans leur ventre.

Les petits geckos naissent autonomes, car, après la ponte, leurs parents les délaissent.

Cependant, ils grandissent très rapidement et ne mangent qu'après leur première mue qui à lieu au bout d'une semaine. Ils deviennent adultes et sexuellement mature à l'âge d'un an.

   Etant des quadrupèdes, ce squamate possède un corps allongé doté de pattes latérales et d'une tête volumineuse.Tous les geckos sont pourvus d'une queue dont la morphologie varie selon les différentes espèces. Leurs pattes sont très latérales, ancrées sur le bas du corps.

La peau du gecko est recouverte d'écailles, comme pour  la majorité des reptiles. Leurs écailles sont souvent fines et et plates, quasiment invisible avec un aspect satiné. Leur peau peut prétendre à de très nombreuse couleurs tel que le bleu, le beige ou encore le jaune. Les motifs sont également très variés

Les geckos ont une assez bonne vue et perçoivent les couleurs. Ils sont également dotés d'une excellente ouïe et perçoivent donc des fréquences sonores sur une gamme très étendue. Ils peuvent sentir les odeurs grâce à un organe spécifique appelé  " l'organe de Jacobson". Le sens du toucher est lui, relativement développé. 

Par ailleurs, ceux nocturnes présentent une pupille à fente verticale, similaire aux yeux des chats, alors qu'en parallèle, ceux diurnes possèdent une pupille ronde. Néanmoins, la majorité des geckos sont dépourvus de paupières mobiles. Une écaille transparente protège leurs yeux, comme c'est le cas chez de nombreux autres reptiles.

      La particularité du gecko se situe cependant au niveau de ses pattes. Celles-ci possèdent une structure particulière. En effet, il est doté de lamelles sur ses coussinets appelées scansors et sont tapissés de centaines de sétules (setæ). Elles lui permettent de grimper sur n’importes quelles surfaces (même au plafond) aussi bien sur terre, que sous vide ou sous l’eau. Ces sétules sont de fines lamelles couvertes de poils en fibre de kératine qui ont la capacité de s'auto-nettoyer et adhèrent aux parois grâce aux forces de Van der Waals.

Lorsque le gecko marche sur une surface humide, l'eau ne pénètre pas entre les sétules et n'influe alors pas la qualité de l'adhérence. Les forces de Van Der Waals sont elles tellement puissantes que même un gecko adulte pesant 100 grammes peut rester accroché à un mur avec comme support un seul de ses doigts sans que le moindre effort ne lui soit sollicité. De plus, même après la mort d'un gecko, ses pattes restent adhérentes sur n'importe quelle surface.

      Nous allons à présent voir à l'aide de quels mécanismes le gecko parvient à grimper sur n'importe quelles surfaces et comment celui-ci fonctionne.

En effet, le gecko est capable de courir , tête en bas, sur les murs et même les plafonds avec une facilité très surprenante. Non seulement il est capable de se coller aux parois les plus lisses, mais il est aussi capable de s'en décoller.

      Cet animal a longtemps posé problèmes aux chercheurs qui ne parvenaient pas à déterminer l'origine de ce mécanisme lui permettant une adhérence défiant la gravité. De ce fait, différentes hypothèses ont été formulées afin de justifier cette incroyable adhérence et d'en expliquer le mécanisme.

1ère hypothèse:

      La première hypothèse évoquée a été celle de la succion (effet de ventouse). Les chercheurs auraient déterminé que les geckos se servaient de leurs sétules comme ventouses ce qui leur permettrait de s'accrocher à des surfaces verticales.

Cette hypothèse sera très rapidement rejetée due à son incohérence. En effet, les sétules du gecko lui permettent d'adhérer sous vide. En revanche, l'effet de ventouse ne le permet en aucun cas car la présence d'air sous la ventouse est nécessaire.

2ème hypothèse:

      La seconde hypothèse paraîtrait plus pertinente : elle suggérerait que les micro-poils que possèdent les geckos auraient une fonction de "crochets"qui leur permettraient donc de s'accrocher à des surfaces verticales.

Elle est cependant également rejetée. Effectivement, ces micro-crochets seraient incapables d'adhérer à des surfaces exclusivement lisses comme en est capable le squamate.

3ème hypothèse:

Cette hypothèse suggérerait quant à elle que le reptile ait recours à une sorte de colle sous ses pattes lui permettant son adhésion.

Mais l'hypothèse est à son tour rejetée, le gecko ne laissant derrière lui aucune trace semblable à de la colle et ne possédant pas de glandes secrétant de tel substance.

4ème hypothèse:

      Cette dernière hypothèse, elle aussi rejetée par la suite, suggérerait que cette adhérence proviendrait de forces capillaires déclenchées par la création d'une fine pellicule d'eau entre la surface adhérée et les sétules .

Cette hypothèse n'a pas été conservée car le gecko peut adhérer à des surfaces hydrophobes comme la cire ou le téflon.

Hypothès e retenue:

      L'hypothèse ayant été retenue est celle de la liaison inter-moléculaires.

Elle évoque la création de micro-liaisons grâce aux protéines fibreuses que sont les molécules de kératine. Elle forment donc des filaments qui attirent les molécules dans la surface.

En effet, les doigts d'un gecko sont tapissés de sétules, chacune contenant à son extrémité plusieurs centaines de fibres de kératine encore plus petites, les spatules. Ces spatules possèdent un diamètre qui n'excède pas les 200 nanomètres.

        Ces liaisons inter-moléculaires seraient dues aux forces de Van Der Waals qui sont des forces d'interactions moléculaires. Cependant l'application de cette force nécessite une très faible distance entre la patte de l'animal et la surface sur laquelle il se tient. Cette condition est respectée grâce à la présence des spatules sur les sétules, ce qui permet de diminuer cette distance.

      C'est donc après de longues recherches que les chercheurs ont trouvé la réponse à la force d'adhésion phénoménale du gecko : les "forces de Van der Waals".

LES FORCES DE VAN DER WAALS :

      On retrouve les forces de Van der Waals dans la vie de tout les jours parmi les jouets pour enfants.

En effet on observe l'application de ces forces lorsque l'on lance un jouet "colle-vitre" contre un mur; alors celui-ci restera fixé à la paroi quelques secondes jusqu'à ce que l'application de ces forces ne soit plus présente et que donc le jouet se décolle.

               On retrouve également ces forces dans notre corps puisque celles-ci permettent de stabiliser la molécule de l'ADN par l'empilement des bases le long de l'axe de la molécule.

        Les forces de Van der Waals sont des énergies électromagnétiques faibles. Elles tirent leur nom du physicien les ayant découvertes, Johannes Diderik Van der Waals.

Ces forces sont dues aux mouvements des électrons dans les atomes qui les composent. On a d'ailleurs pu constater que celles-ci sont plus faibles que les liaisons chimiques que observées à l'intérieur des molécules.

Lorsque les forces de Van der Waals sont appliquées, les molécules de deux surfaces différentes s'attirent comme de minuscules aimants. Cette attractivité nécessite alors une distance entre elles très faible (≤1nm).

Ces forces sont de nature électrostatiques et sont donc responsables de liaisons intermoléculaires de faible intensités. Ce sont justement ces très faibles liaisons qui permettent au gecko d'adhérer de la sorte : les charges électriques interagissent les unes avec les autres et les charges opposées s'attirent.

        Chaque atome à tendance à attirer ou retenir les électrons. Ce phénomène s'appelle "l'électronégativité". Dans le cas des forces de Van der Waals cela concerne les molécules polaires comme apolaires. Donc lorsque deux atomes viennent à être liés le nuage électronique formant cette liaison est déformable : une polarisation temporaire peut apparaître sous l'influence d'une entité polaire. Il s'agit alors de la polarisation par influence.

On peut illustrer cette polarisation par influence par l'expérience suivante :

    On a un morceau d'aluminium suspendu (chargé positivement et négativement) et on approche alors une règle neutre de l'aluminium. Cela ne produit aucun phénomène.

     On frotte ensuite la règle avec de la laine et on réitère l'opération précédente. Cette fois-ci, le morceau d'aluminium est attiré par la règle.

     Ce phénomène est due à l'ajout d'électrons, ayant été arraché à la laine, sur la règle lorsqu'elle a été frottée. La règle est donc chargée négativement. Elle a alors fait migrer les électrons de l'aluminium vers la face lui étant opposée, ce qui a permit l'interaction entre les protons de l'aluminium et les électrons de la règle et par conséquent l'interaction attractive entre les deux éléments.

      C'est le phénomène de polarisation par influence.

   Techniquement, les forces de Van der Waals représentent la combinaison de trois forces qui ont chacune un but bien précis :

• L'effet d'orientation de Keesom. On observe cet effet à travers l'interaction entre les molécules polaires. Les dipôles s'orientent alors les uns par rapport aux autres afin d'aligner leurs dipôles électriquement opposés.

• L'effet d'induction de Debye. Il se caractérise par une intervention entre une molécule polaire et une molécule non polaire, qui alors se polarise sous l'effet de la molécule polaire.

• L'effet de dispersion de London, qui intervient entre des molécules non polaires. En raison des déplacement continuelle des électrons dans la molécule, celle-ci présente à chaque instant un moment dipolaire instantanée non nul.

Voici la formule qui associe ces trois forces:

 On a la notation suivante :

- r la distance moyenne entre les molécules considérées

      Dans l'une des célèbres scènes du film Mission Impossible 4,  Tom Cruise  grimpe la tour Burj Khalifa (Dubaï) à l'aide de gants spéciaux lui permettant cet exploit. De nombreuses recherches ont été menées ces dernières années afin de rendre cela possible. 

      C'est Kellar Autumn, un biologiste de Portland, qui publiera ses recherches au sujet des geckos en 2002, ce qui a ainsi permis aux ingénieurs de s'appuyer sur de solides bases pour leurs recherches utilisant les procédés de biomimétisme.

Le biomimétisme étant le terme regroupant tout les processus d'innovation tirant inspiration des propriétés du vivant, soit dans notre cas de l'adhésion du gecko. Il s'agit donc de s'inspirer et non copier les solutions techniques inventées par la nature en cherchant à mettre au point des systèmes artificiellement semblables aux systèmes biologiques complexes. Cela nécessite dans un premier temps la recherche d'un modèle au sein de la nature pouvant s'avérer utile à notre société et dans un second temps la recherche du système utilisé par le modèle et des différents moyens possible pour le reproduire.

Ce qui a été créé : 

• Il y a tout d'abord eu en 2003 la création d'un ruban adhésif en poil de polyamide, un matériau qui reproduit les setaes du gecko, par une équipe de chercheurs de Manchester dirigés par le professeur Greim. Ce ruban peut supporter une masse de 317kg avec seulement 40cm². Cependant, ils constatèrent qu'à force d'usage le ruban perdait de son efficacité. L'équipe décida alors de remplacer les poils de polymiade par des poils de polypropylène, un matériau davantage résistant. Le nouveau ruban est de nos jours utilisé pour boucher les trous sur les parois d'avions et commercialisé sous le nom de Geckskin.

• Il y a aussi eu le chercheur américain, Elliot Hawkes, qui s'est inspiré de l'animal à deux reprises : en 2014 et en 2016, afin de créer des gants adhésifs reproduisant le dispositif des pattes du gecko lui permettant de se déplacer sur des murs lisses et verticaux. Ce prototype a réussi à supporter un poids de 70kg le long d'une paroi verticale de verre puisqu'il utilise un système de séries de tuiles recouvertes de dents de scies créant un contact complet progressif.

• Le gecko a également inspiré la robotique avec en 2014 la présentation d'Abigaille III par l'Agence Spatiale Européenne. L'appareil de 240g comporte 6 pattes lui offrant la capacité de passer de surfaces horizontales, en surfaces verticales. Ce robot pourrait dans le futur, partir dans l'espace car celui-ci permettrait d'éviter aux astronautes des sorties à risques (comme pour une réparation en dehors de l'engin).
  

• Ronald Fearing et son équipe, ont eux, en s'inspirant du système adhésif de l'animal, mis au point une matrice de microfibres synthétiques capable de retenir un objet sur une surface lisse par l'intermédiaire d'un fort contact par frottement.

Ce qui est en cours de recherches :

•  Un programme militaire a même été lancé aux États-Unis il y a quelques années, le programme Z-Man, regroupant l'ensemble des recherches jusqu'ici menées sur l'adhésion du reptile afin de munir leurs soldats de la capacités de se déplacer aisément sur des murs lisses sans l'aide de dispositifs encombrants.

• Dans le domaine médical, on espère que les progrès techniques permettront l'utilisation de l'impressionnante capacité du gecko. Elle pourrait, par exemple  permettre de créer un ruban pour maintenir certaine partie de l'anatomie humaine lors d'opérations chirurgicales.

      Nous avons donc vu dans un premier temps que le gecko détenait sa capacité à adhérer à tout types de surfaces des nombreux sétules recouvrant ses pattes et épousant chaque paroi, ce qui permettait l'action des forces de Van der Waals.

     Nous avons dans un second temps observé que suite aux recherches qui avaient été menées sur la particularité de l'animal, des gants, un ruban adhésif et un robot avaient été conçus a des fins de progression technologique au sein de notre société (aussi bien pour la vie de tout les jours que pour l'armée ou pour voyager dans l'espace).

      Cependant nous pouvons nous demander si l'ensemble de ces recherches et de ces prototypes pourront servir à notre société.

Tout d'abord, il faudrait prendre en compte le coût de la conception des différents prototypes. En effet, certains comme le robot Abigaille III sont conçus à partir de matériaux onéreux.

De plus, contrairement au gecko qui possède l'avantage d'avoir ses sétules qui se nettoient d'elles-mêmes, les prototypes ont une durée de vie assez courte due aux salissements des "sétules synthétiques" qui annulent toutes interactions des forces de Van der Waals.

Il y a également l'inconvénient de la lenteur qu'aurait l'Homme, dans les cas du programme Z-Man et des gants, ce qui pourrait se retrouver pénalisant pour l'avenir.

Enfin, toujours dans ces cas-ci, un inconvénient de taille pourrait totalement contrecarrer l'objectif des chercheurs puisque, à l'inverse du fabuleux reptile, les Hommes n'ont pas une anatomie adaptée aux déplacements horizontaux défiant la gravité. Ces déplacements pourraient même causer de graves dégâts sur la colonne vertébrale de ceux qui s'y risqueraient.

       A l'heure actuelle, personne n'est parvenu à atteindre la perfection des pattes du gecko.

      En conclusion, les particularités du gecko pourraient être utilisées dans notre société à condition que de nouvelles recherches permettent de résoudre ces différents inconvénients.

         Sachant que le milieu terrestre regorge d'écosystèmes pouvant s'avérer utiles pour l'Homme, nous pourrions à l'avenir nous intéresser à ceux pouvant justement résoudre les inconvénients au sujet de l'usage des capacité du gecko dans notre société. 

Squamates :   Reptiles au corps recouvert d'écailles, tels que les lézards (lacertiliens) et les serpents (ophidiens).

Diurne :  Animal qui vit le jour.

Hydrophobe: Surface que l'eau ne mouille pas.

Poïkilotherme: Les animaux poïkilothermes sont des animaux ayant une température corporelle variant en fonction de leur milieu.

Se ramifier: Se séparer en plusieurs parties qui peuvent également se séparer entre-elles.

Quadrupèdes: qui a quatre pattes