Grâce à la structure régulière de la surface de la moule “Adamussium colbecki”, la glace n’y adhère que très faiblement et peut être facilement emportée par les courants. Crédit : MPI-P
Une coquille spéciale protège la coquille Saint-Jacques de l’Antarctique de l’accumulation de glace.
Des ailes d’avion qui ne givrent pas ou des cellules solaires qui produisent de l’électricité même en hiver – les surfaces sans glace sont importantes pour de nombreuses applications. Une équipe de scientifiques dirigée par Konrad Meister, professeur à l’Université d’Alaska Southeast et chef de groupe à l’Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères, a étudié une espèce de coquille Saint-Jacques de l’Antarctique qui s’oppose au processus de givrage grâce à la surface de sa coquille. En raison de leur structure particulière, les fines couches de glace adhèrent mal et sont facilement emportées par le courant. Cette découverte pourrait contribuer à long terme au développement de surfaces bioniques sans glace.
Les eaux de l’Antarctique présentent des conditions dans lesquelles les objets et les êtres vivants peuvent geler même sous l’eau. C’est un problème majeur pour les déplacements maritimes dans les régions polaires. L’eau dite surfondue a une température juste inférieure au point de congélation. En raison de sa forte teneur en sel, l’eau de l’Antarctique a un point de congélation d’environ -1,9 °C, mais elle est environ 0,05 °C plus froide. Les plus petites perturbations telles que des grains de sable ou des surfaces peuvent provoquer le gel de cette eau surfondue – avec des conséquences parfois fatales pour les créatures qui ne peuvent pas survivre gelées.
La coquille Saint-Jacques de l’Antarctique “Adamussium colbecki” y résiste, comme le sait le chimiste Konrad Meister. Meister est professeur à l’université d’Alaska et dirige un groupe de recherche dans le département de Mischa Bonn à l’Institut Max Planck de recherche sur les polymères (MPI-P) à Mayence. Lors d’une expédition en Antarctique, des plongeurs ont attiré son attention sur la coquille Saint-Jacques dotée d’un mécanisme efficace de protection contre la glace. “Nos plongeurs ont rapporté qu’ils n’avaient jamais observé de glace à grande échelle à la surface de cette espèce indigène de coquille Saint-Jacques”, explique M. Meister.
L’équipe de recherche internationale, composée de membres de plusieurs groupes de recherche du MPI-P ainsi que de l’Université de l’Oregon, soupçonne que l’espèce de coquille Saint-Jacques a développé au cours de l’évolution une structure de surface spéciale qui la protège du givrage. Alors que les coquilles Saint-Jacques des régions plus chaudes ont des surfaces de coquilles désordonnées ou lisses, l’espèce de l’Antarctique présente une structure microscopique très régulière.
Le microscope révèle de petites crêtes qui forment un motif rayonnant sur leur coquille. Ces crêtes font en sorte que l’eau gèle préférentiellement à cet endroit. Si le processus de congélation se poursuit, une couche continue de glace se forme, reposant uniquement sur les crêtes. En raison de la faible adhérence entre la glace et la coquille, le plus petit courant sous-marin peut donc emporter la glace et la coquille Saint-Jacques ne gèle pas.
En plus des études au microscope, l’équipe de recherche a également réalisé des expériences de givrage avec l’Antarctique et avec une coquille Saint-Jacques provenant de régions plus chaudes. Il a été constaté que la force nécessaire pour enlever la couche de glace sur la coquille Saint-Jacques de l’Antarctique était bien moindre que pour les autres espèces.
“Il est passionnant de constater que l’évolution a manifestement donné un avantage à cette coquille Saint-Jacques”, déclare Konrad Meister. “De nouvelles applications technologiques basées sur le principe de la bionique sont concevables à partir de la connaissance de la coquille sans glace. Par exemple, les surfaces non glacées pourraient être très intéressantes pour la navigation polaire.”
Les chercheurs ont maintenant publié leur recherche dans le journal scientifique Communications Biology, un journal de l’Institut de recherche de l Nature portefeuille.
Référence : “Cryofouling avoidance in the Antarctic scallop Adamussium colbecki” par William S. Y. Wong, Lukas Hauer, Paul A. Cziko et Konrad Meister, 21 janvier 2022, Communications Biologie.
DOI: 10.1038/s42003-022-03023-6
