Un agencement complexe de matériaux dans le museau effilé des charançons les rend solides et flexibles.

Introduction

Le museau élancé qui dépasse de la tête du charançon du gland peut être plus fantastique qu'une corne de licorne. Il est presque aussi long que le corps de 0.4 pouce (1 cm) du charançon, et il s'étend droit vers l'extérieur, puis se courbe progressivement à 90 degrés vers le bas.

À l'extrémité du museau se trouvent des mandibules pointues qui cisaillent dans la coquille dure d'un gland. Le charançon lève ses pattes antérieures, incline sa tête pour appliquer une pression vers le bas et tourne autour du trou, en utilisant le museau comme une perceuse. Alors que le charançon aspire les nutriments à travers le centre creux du museau, il creuse une fine goulotte droite dans les profondeurs du gland, dans laquelle l'insecte déposera plus tard des œufs qui éclosent en larves.

Pendant le processus d'excavation, la partie incurvée du museau se redresse, se pliant au bord sous la contrainte, mais elle ne se casse pas. Lorsque le charançon retire son museau, il reprend instantanément sa forme incurvée, pas pire pour l'usure.

Si le museau devait se briser sous le stress extrême et répété du forage, cela signifierait la mort du charançon et de ses générations futures. Comment ce museau mince et apparemment fragile peut-il être si fort et pourtant si flexible ?

Image: Pxici / Domaine public - Aucune restriction

Les charançons des glands ont un long museau mince qu'ils utilisent pour extraire la nourriture des glands tout en forant un tunnel mince pour y pondre des œufs. Le museau doit être à la fois fort et flexible.

Image: Nik Chawla, Nico Franz et Andrew Jansen/ASU / Copyright © - Tous droits réservés

Une image microscopique d'une coupe transversale du museau d'un charançon du gland révèle un matériau composite complexe, avec des fibres multiangles intégrées dans une matrice protéique, qui donne au museau flexibilité et résistance.

La stratégie

Le secret réside dans le matériau composite complexe dont est fait le museau. Il se compose de fibres résistantes de chitine incorporées dans une matrice de s. Ce matériau est disposé en fines couches qui s'alignent comme les marches d'un escalier en colimaçon. Le bord extérieur de chaque couche est légèrement tourné vers l'avant par rapport à celui du dessous, de sorte qu'ils forment cumulativement un .

En général, les fibres longues résistent mieux à la rupture lorsque la pression leur vient de la direction parallèle à leur longueur. Leur résistance diminue et le risque de rupture augmente lorsque la force arrive sous d'autres angles. Mais les scientifiques pensent qu'une confluence de facteurs travaille ensemble pour garder le matériau solide et flexible. Les petites différences d'angle entre les couches adjacentes, leur espacement serré et le large spectre de directions des fibres qui l'entourent se combinent pour absorber et répartir la force entrante à travers de nombreuses couches, de sorte qu'aucune couche ne supporte le poids d'un impact.

De plus, le multi-faces, multi-angle garantit que toutes les fissures qui se forment entre les couches heurteront un mur et devront changer de direction, incapables de se propager loin le long d'un chemin de moindre résistance. De la même manière, toutes les multiples fissures minuscules qui se forment seront empêchées de fusionner en de longues et larges ruptures.

L'épaisseur des fibres de chitine joue également un rôle dans la modification des propriétés des matériaux. La couche externe plus cassante du museau, appelée l'exocuticule, a des fibres mesurant s de diamètre, tandis que la couche interne, appelée endocuticule, a des fibres 1,000 XNUMX fois plus épaisses, ce qui la rend beaucoup plus résistante. L'endocuticule s'épaissit progressivement sur toute la longueur du museau pour fortifier les zones où le museau doit pouvoir se plier sous une pression extrême sans se casser.

Le potentiel

En général, les propriétés qui rendent les matériaux rigides et résistants sont à l'opposé de celles qui rendent les matériaux flexibles et résistants à la rupture. Les scientifiques étudient les subtilités de la microstructure du museau du charançon pour concevoir des matériaux qui équilibrent de manière optimale les deux propriétés dans une variété de combinaisons adaptées à différentes utilisations.

De tels matériaux seraient une aubaine pour une large gamme de produits, y compris les navires, les voitures, les avions, les bâtiments, les textiles, les emballages, les articles ménagers, les dispositifs médicaux et les remplacements des plastiques, qui doivent tous être solides, flexibles et incassables au visage. de turbulence, de pression, de tremblement de terre et d'autres forces qui peuvent les amener à un point de rupture. Ils peuvent également constituer une alternative moins polluante aux plastiques.

Vidéo

vignette vidéo

Le cycle de vie extraordinaire du charançon du gland dépend entièrement de son museau unique, présenté dans cet extrait de BBC Earth. 

Dernière mise à jour le 18 mars 2020