D25 Tribométrie des contacts

Topique

L'usure et le frottement subis par les soies adhésives des insectes lors de leur glissement sur différents substrats nécessitent une caractérisation précise de ce comportement par tribométrie, une technique qui enregistre en détail le frottement au point de contact entre l'extrémité de la soie et la surface sur laquelle elle repose.

Ce frottement au point de contact des soies ne suit pas la loi classique du frottement sec, selon laquelle la force de frottement serait simplement proportionnelle à la charge normale appliquée. Il suit plutôt une version étendue, proposée par Derjagin, qui ajoute un terme supplémentaire dû à l'adhésion. Cela signifie que le frottement existe même lorsque la charge normale est nulle, voire légèrement négative, car c'est l'adhésion elle-même qui maintient le contact entre les soies et la surface.

Ce comportement, si différent de celui du contact sec conventionnel, est caractéristique des systèmes bioadhésifs en général. Il permet aux soies de l'insecte de résister à un cisaillement tangentiel considérable sans nécessiter de charge normale pour les plaquer contre la surface, le contact étant maintenu uniquement par la force d'adhésion. Lorsqu'une patte d'insecte se déplace lentement sur une surface, le frottement dû à l'adhérence peut se manifester de deux manières distinctes. Le modèle de Prandtl-Tomlinson permet de prédire laquelle se produira : un glissement continu et régulier, ou un glissement par à-coups, où les soies adhèrent momentanément à la surface avant de se déplacer par petits sauts.

Lorsque ce contact tribologique entre les soies et la surface se produit à grande vitesse de glissement, le frottement génère un échauffement localisé à l'extrémité des soies, appelé température d'éclair. Cet effet est particulièrement important pour les insectes se déplaçant sur des surfaces chaudes, car cet échauffement peut altérer les propriétés de la cire adhésive recouvrant l'extrémité des soies.

Tout ce frottement au contact du champignon, que ce soit en régime de glissement continu ou en régime d'adhérence et de glissement, dissipe à chaque cycle de mouvement une certaine quantité d'énergie représentée par la surface délimitée par la boucle de frottement, une énergie qui ne peut être récupérée et qui, par conséquent, oblige le métabolisme de l'insecte à la reconstituer continuellement pour que la patte puisse continuer à se déplacer cycle après cycle sur la surface.

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