Le Gecko
Comment le gecko fait-il pour adhérer à toutes les surfaces ?
L'adhérence du Gecko
L'anatomie du gecko
Le gecko a toujours fasciné les scientifiques, en effet au IVe siècle avant J.-C., Aristote avait observé que certains lézards de la famille des geckos pouvaient monter et descendre le long d’un arbre, y compris la tête en bas. Les geckos ont la capacité de se déplacer librement sur des surfaces plus ou moins lisses.
En fait, ce qui permet au gecko de se déplacer et d'adhérer à toutes les surfaces sont ses pattes. En effet, si on observe les pattes du gecko en changeant progressivement d'échelle, on remarque que se cachent sous ses pattes des millions de poils microscopiques.
D'abord, on constate que chaque doigt possède une dizaine de bandes parallèles. Ces bandes sont constituées d'une série de lamelles sèches nommées scansors. Elles sont couvertes de fibres souples nommées soies (ou sétules/setae) qui se ramifient en centaines de spatules nommées spatulae.
Photo prise par Louis
Les sétules, composés de kératine associée à des betaprotéines, mesurent environ 110 µm de longueur pour 4,2 µm de largeur et les spatules ont environ 0,2 µm de longueur pour autant de largeur.
Le lien avec les forces de Van der Waals
Kellar Autumn, chercheur et professeur de biologie à la faculté de Lewis and Clark à Portland, a une renommée mondiale pour ses recherches sur le gecko. Il a en effet expliqué le système d'adhérence du gecko et a fait un lien entre le gecko et les forces de Van der Waals. Comme il l'a montré, ce sont les forces de Van der Waals, aux sites de contact entre l'extrèmité des sétules et le substrat, qui rendent cette adhésion possible.
L'accumulation des sétules sur une surface réduite permet la production d'une force d'attraction importante. Mais les forces de Van der Waals ne fonctionnent qu'à très petite distance (1 nm environ), c'est donc le rôle des spatulae d'aller épouser de si près la surface pour que ces forces puissent agir. Cette adhésion est qualifiée d'adhésion sèche.
L’équipe de Kellar Autumn a également démontré qu’une sétule pouvait supporter au maximum une force de 200 μN tout en restant collée à une surface verticale. Donc si toutes les sétules avaient une force d’adhésion de 200 μN, la force d’adhésion totale du gecko serait de 1300 N. Le gecko serait donc capable de supporter une masse d’environ 130 kg sur son dos tout en restant coller au plafond.
Or ceci n’est évidemment pas le cas car le gecko a une force d’adhésion réelle de 20 N. Par conséquent, seulement 3% des sétules sont nécessaires pour que le gecko adhère à la surface verticale avec une telle force d'adhésion. Dans la pratique, seuls 0,04% des sétules « collées » sont nécessaires pour que le gecko supporte son poids sur une surface verticale. La marge de sécurité du gecko semble donc surdimensionnée
Le gecko a autant de spatules pour adhérer à toutes les surfaces dans toutes les conditions. En effet, les surfaces ne sont pas toutes planes et lisses, certaines surfaces sont fort poussièreuses et le gecko doit pouvoir faire face à ses prédateurs, à une chute ou encore à une tempête.
Des pattes autonettoyantes
Ce qui rend encore plus impressionnant les pattes du gecko, c'est qu'elles sont autonettoyantes.
En effet les pattes du gecko ne sont jamais sales, surement pour que l'adhésion des geckos aux murs reste forte.
Ce schéma montre que les pattes du gecko se nettoient à chaque pas. Les scientifiques ont noté qu'en trente contacts, la toison de poils de polymères élimine 60% des sphères qui s'y trouvaient accrochées. Le plus souvent, en quelques pas, ce taux de nettoyage atteint 30%.
Les débris collent au verre et non aux sétules grâce à l'énergie d'adhérence. La bille adhére plus au verre qu'aux pattes surement grâce à la forme des sétules qui participe à la sélectivité de l'adhérence. Les particules n'àdhèrent aux pattes que par deux ou trois sétules en l'absence de précharge. Donc, la surface de contact est inférieure à celle entre la microbille et le verre ; l'adhérence priviligiée est donc celle de la bille avec le verre.
Comment expliquer la vitesse du gecko ?
On sait maintenant comment fait le gecko pour adhérer à toutes les surfaces mais on ne sait toujours pas pourquoi sa vitesse est-elle si importante.
En fait, c'est simple : Kellar Autumn et son équipe ont démontré que la force d’adhésion des sétules aux parois verticales est en lien avec l’orientation de cette sétule. Au-delà d’une inclinaison de 30° la force d’adhésion devient faible et la sétule peut facilement se détacher. Le gecko n’a donc qu’à orienter sa patte correctement pour adhérer et se détacher des surfaces.
L'adhésion du gecko peut être traduite par ce schéma :
