Les valves du couteau de l'Atlantique réduisent la traînée et la quantité d'énergie nécessaire pour atteindre la profondeur du terrier en se contractant pour fluidifier localement le sol environnant.

Introduction

En marchant le long d'une plage de la côte nord-américaine de l'Atlantique alors que la marée monte, vous pourriez rencontrer quelque chose qui ressemble un peu à une brindille sortant du sable humide. Mais détournez le regard, et cela pourrait disparaître. Les palourdes de l'Atlantique (ou jackknife) prospèrent dans les baies et les estuaires de Terre-Neuve à la Caroline du Sud. Ce sont des filtreurs qui filtrent le plancton et d'autres morceaux de matière organique de l'eau pour les manger, et ils s'enfouissent rapidement sous le sable pour échapper aux prédateurs.

"Ils s'inquiètent facilement et même un léger choc de la boue du fond à proximité leur sert de signal pour qu'ils disparaissent instantanément", a écrit Gilman A. Drew, naturaliste et professeur de biologie. Il a été l'un des premiers scientifiques à étudier le rasoir de l'Atlantique, documentant son comportement et son anatomie au début des années 1900. Les palourdes ont une coquille avec deux moitiés qui peuvent s'ouvrir comme un livre. Ils ont également un pied tortueux qui dépasse de l'extrémité inférieure de leur carapace, qui s'agite pour se propulser vers l'avant et se contorsionne pour s'enfoncer dans la boue.

Cette illustration vintage révèle l'anatomie du couteau dans diverses positions, bien avant que la fonction complète de cette anatomie ne soit comprise.

La stratégie

"En creusant, le pied est travaillé dans la boue au fur et à mesure qu'il est en saillie, l'extrémité est ensuite gonflée en un bouton, et par son retrait soudain, la coquille est attirée vers la position de l'extrémité ancrée du pied", a écrit Drew. À première vue, il semble que le pied soit seul responsable de sa capacité à s'immerger. Mais l'image complète, comme la boue dans laquelle il s'enfouit, était moins claire pour Drew, qui ne connaissait pas l'importance du coquillage.

vignette vidéo

Tout comme ce n'était pas évident pour Drew, la vidéo ne montre pas clairement comment les deux valves de la coquille du couteau font également partie intégrante de sa capacité à creuser. 

L'ensemble du mouvement est une sorte de frétillement à double ancrage que les scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont étudié en détail. Ils ont découvert qu'une palourde atteint d'abord son pied vers le bas, puis pousse vers le haut sur les valves. Ensuite, les valves se contractent toutes les deux vers l'intérieur en utilisant les muscles internes pour rendre son corps plus étroit. La contraction des valves de la coquille pousse le sang dans le pied. Lorsque le sang engorge le pied, il se gonfle comme un ballon pour servir d'ancre dans la boue. Une fois que le pied a une « assise » solide, il se contracte et tire la coque aplatie vers le point d'ancrage, plus profondément dans le sable. À ce stade, le point d'ancrage s'inverse. Les valves se dilatent, élargissant la coquille de sorte qu'elle la coince dans le sable. Désormais renforcé par la coque au-dessus, le pied est libre de se détendre et de se baisser à nouveau pour recommencer le cycle. À chaque cycle, il bascule plus loin sous la surface du sable.

Cette série de photos annotées illustre la séquence de mouvements qui permet au couteau de s'enfouir efficacement.

Étonnamment, les chercheurs ont déterminé que la force générée par les contractions musculaires d'une palourde ne devrait être suffisamment forte que pour lui permettre de s'enfouir à des profondeurs de seulement 1 ou 2 centimètres (0.4 à 0.8 pouces) en fonction de la résistance d'un lit de sable humide. . Pourtant, en réalité, ils creusent jusqu'à 70 centimètres (2.3 pieds) sous la surface. Pour atteindre de telles profondeurs, ces palourdes doivent avoir une autre astuce dans leur coquille.

Les propriétés mécaniques du sol dépendent de l'espace (occupé par l'eau ou l'air) existant entre les particules solides. La fraction d'espace vide dans un volume de sol est appelée fraction de vide. L'arme secrète est que la manœuvre à double ancrage de la palourde augmente la fraction de vide du mélange boueux au fur et à mesure qu'elle se déplace dans le cycle.

Il y parvient de deux manières. Lorsque ses deux valves se contractent vers l'intérieur, le sable adjacent est laissé sans support et il s'effondre comme un mini glissement de terrain. Ensuite, de la même manière que boire à travers une paille tire l'eau d'un verre dans votre bouche, la force des valves qui se contractent aspire l'eau de l'environnement dans la poche lâche créée par le "coulée de boue" autour de sa coquille. Ensemble, la coulée de boue et l'eau injectée créent ce qu'on appelle un «lit fluidisé», qui ressemble à une bulle de sable mouvant autour de la palourde. Tout au long de son cycle de mouvement, l'étendue de la bulle du lit fluidisé augmente, abaissant la résistance et dégageant son chemin vers le bas.

Dans cette séquence d'images, les tons bleus et verts indiquent l'afflux d'eau et la fluidisation de la boue entourant le couteau fouisseur.

Le potentiel

Deux ans après avoir étudié les mouvements de la palourde, le même groupe de chercheurs a développé RoboClam, un robot fouisseur qui imite la technique de fluidisation de la palourde. Inventer des outils qui pénètrent efficacement dans le fond de l'océan pourrait nous permettre d'approfondir notre compréhension des origines de la Terre. Alors que les métaux deviennent de plus en plus rares, trouver des méthodes écologiques pour l'exploitation minière en haute mer pourrait également devenir primordial.

La façon dont les palourdes creusent des terriers peut même ouvrir la voie à l'amélioration des processus existants, tels que l'extraction du gaz naturel, d'une manière qui utilise moins d'eau et réduit le potentiel de contamination des eaux souterraines.

Le creusement des couteaux peut également inspirer un changement plus général dans notre approche des transports. Les voitures, les fusées ou d'autres véhicules pourraient capter et redistribuer un milieu environnant pour le traverser plus efficacement. Il s'agit d'un modèle biologique potentiel pour les propulseurs, tels que le moteur d'assistance gravitationnelle à effet Mach (MEGA) étudié par les scientifiques de la NASA.

Dernière mise à jour le 26 juillet 2023