M4 Locomotion spécialisée verticale

Topique

La locomotion verticale exige de supporter le poids du corps tout en générant la propulsion nécessaire pour se déplacer vers le haut.

Pour supporter son poids sans glisser lors de l'escalade, le frottement biologique entre les membres et le substrat doit être supérieur à la composante du poids parallèle à la surface sur laquelle l'animal se tient. Tant que ce frottement disponible est supérieur à cette composante du poids, l'animal ne glisse pas. Cependant, si la pente devient trop raide, la composante du poids parallèle à la surface finit par l'emporter sur le frottement disponible, et l'animal perd son adhérence. L'angle de pente auquel cette transition se produit définit la pente maximale que l'animal peut gravir, et ce frottement biologique disponible varie énormément selon la surface : d'une faible valeur, quelques dixièmes du poids de l'animal, sur les surfaces lisses, à une valeur plusieurs fois supérieure au poids de l'animal lorsque celui-ci possède des griffes adaptées au bois rugueux.

Outre l'escalade par frottement, une autre forme de cette locomotion verticale spécialisée est la brachiation chez les gibbons, qui se balancent de branche en branche. Suspendu à une branche, le gibbon se comporte comme un pendule composé dont le point de pivot – la branche elle-même – est en mouvement. La vitesse maximale qu'il atteint au point le plus bas de son oscillation est obtenue par conservation de l'énergie due à l'angle auquel il a lâché la branche précédente. Lors de ses sauts, le gibbon effectue également des phases aériennes entre les branches, atteignant des vitesses de dix à quinze mètres par seconde durant ces phases.

Maintenir une posture correcte au niveau de la branche pendant ces sauts exige une correction continue des perturbations induites par le balancement. Le système de contrôle corrige chaque perturbation en combinant une réponse proportionnelle à l'amplitude de l'écart postural – qui agit comme une raideur – avec une réponse proportionnelle à la vitesse de variation de cet écart – qui agit comme un amortissement. Cette correction combinée s'effectue en 20 à 100 millisecondes après l'apparition de la perturbation.

Outre cette correction posturale, les primates possèdent des réflexes de préhension qui corrigent une perturbation de la main ou du pied avant qu'elle ne compromette la prise, avec une latence de 20 à 40 millisecondes. Le temps de réponse total à une perturbation comprend successivement le temps de propagation du signal le long du nerf, le délai de la synapse entre le neurone et le muscle, et le délai d'activation musculaire proprement dit, pour une durée totale généralement comprise entre 30 et 80 millisecondes. C'est précisément cette latence totale qui limite la fréquence à laquelle l'animal peut compenser activement des perturbations répétées tout en supportant, grâce à cette locomotion verticale, le poids total de son corps.

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