A23 Effets de l'humidité et de la température

Topique

L'adhérence des soies adhésives de l'insecte dépend non seulement de la surface sur laquelle il se déplace, mais aussi de deux facteurs environnementaux : l'humidité et la température. Ces deux facteurs agissent différemment sur les soies, mais modifient toutes deux l'adhérence même dont l'insecte a besoin pour se maintenir.

En milieu humide, l'eau forme de petits ménisques capillaires au point de contact entre la soie adhésive et la surface. Ces ménisques génèrent une force capillaire qui, par forte humidité, peut surpasser les forces de van der Waals assurant normalement l'adhérence. Cependant, cette même eau peut nuire à l'adhérence si la surface est hydrophobe et que l'angle d'incidence de l'eau est trop important : dans ce cas, au lieu de renforcer l'adhérence, l'eau empêche la soie d'établir le contact intime nécessaire.

Au-delà de cette interaction de forces, l'humidité relative du milieu influe également sur l'énergie d'adhésion du champignon : plus l'humidité relative est élevée, plus l'énergie d'adhésion est importante, car l'eau facilite le réarrangement des molécules à l'interface entre le champignon et la surface, ce qui augmente la surface de contact réelle.

La température, quant à elle, affecte l'adhésion du champignon par un mécanisme totalement différent de celui de l'humidité : elle module la rigidité de la cire épicuticulaire qui recouvre le champignon adhésif. En dessous de son point de fusion, cette cire reste solide et rigide, ce qui limite l'adhésion du champignon. Lorsque la température approche le point de fusion de la cire, celle-ci se ramollit, permettant ainsi au champignon de mieux épouser la surface et d'accroître son adhésion. Mais si la température dépasse le point de fusion, la cire fond complètement et le système d'adhésion du champignon s'effondre.

Certains insectes sécrètent un fluide huileux dans leurs soies adhésives pour améliorer le contact avec la surface. La viscosité de ce fluide dépend de la même température qui détermine l'état de la cire épicuticulaire, selon la relation d'Arrhenius entre température et viscosité. Cette viscosité détermine la force de Stefan : la résistance opposée par le mince film de fluide visqueux à la séparation de deux surfaces qu'il relie. Cette résistance augmente très rapidement avec le rayon de contact entre les soies et la surface – elle augmente avec la quatrième puissance de ce rayon – de sorte qu'une faible augmentation de la surface de contact entraîne une résistance à la séparation beaucoup plus importante.

En conséquence, l'adhérence des soies de l'insecte est soumise à deux facteurs environnementaux concomitants : l'humidité, qui peut renforcer l'adhérence par capillarité et réarrangement moléculaire ou l'affaiblir en mouillant excessivement une surface hydrophobe, et la température, qui améliore initialement l'adhérence en ramollissant la cire épicuticulaire et la viscosité du fluide sécrété, mais qui finit par détruire complètement le système d'adhérence si elle dépasse le point de fusion de la cire. Ce n'est que dans une plage intermédiaire d'humidité et de température que les soies adhésives de l'insecte peuvent maintenir l'adhérence nécessaire à sa marche et à son adhérence aux surfaces.

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