
© J. Chatin/CNRS Photothèque
À 31 ans, Yoël Forterre, membre depuis janvier 2003 de l'équipe « Écoulements de particules » de l'Institut des systèmes thermiques et industriels à Marseille (Iusti) 1, sait qu'il a fait le bon choix, même si l'envie l'a fortement démangé, bachelier, de préférer les crayons aux équations, les phylactères – bulles des bandes dessinées – aux paillasses et Fluide glacial au Journal of Fluid Mechanics 2. Encore que le sujet qui passionne depuis trois ans ce jeune papa aux faux airs d'adolescent sage soit hérissé d'épines, au sens propre : comprendre comment se ferme, en une fraction de seconde, la plante carnivore Dionée pour capturer des insectes, et décrire la physique de ces moteurs vivants qui produisent des mouvements rapides sans muscles ni pompes.Contempler Dionaea muscipula sous les néons d'un institut rompu à l'étude des écoulements complexes couplés à des transferts de chaleur a de quoi surprendre. Roger Martin, son directeur, s'en explique : « Un des privilèges des gros labos comme le nôtre est de pouvoir aider, quand il le faut, un chercheur qui se passionne pour un sujet en marge de nos thématiques habituelles afin de développer de nouveaux axes de recherche. » Reçu cinq sur cinq.
Mais comment un physicien élevé sur la butte aux Cailles par des parents biologistes, reçu brillamment à l'agrégation de physique, armé d'un DEA de physique statistique et phénomènes non linaires et d'une thèse sur les « instabilités dans les écoulements granulaires » en vient-il à s'enticher d'une belle plante qui intriguait déjà Darwin ? En traversant la Manche en 2002 pour intégrer, lors d'un séjour postdoctoral, le Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics (DAMTP) de l'université de Cambridge, dirigé par le Pr Lakshminarayanan Mahadevan, alias « Maha ». Sujet soumis à la sagacité du petit frenchy : la « dynamique de plaques minces fortement déformées », ou pourquoi la manipulation – même soigneuse – d'un papier journal ou d'un sac en plastique produit un son caractéristique de froissement particulièrement désagréable. C'était avant que la Dionée ne déboule, sous la forme d'un cadeau offert au big boss par un ami biologiste… « Comme Maha était souvent absent, nous l'avons mise dans notre bureau pour l'arroser. À force de la voir s'ouvrir et se refermer, l'idée a jailli que ses mouvements rapides, vraiment fascinants, ressemblaient à ceux des plaques que nous déformions et qui passent de façon discontinue d'un état à un autre. »
Un coup d'œil à la biblio, peu claire sur ce mécanisme de fermeture et les mouvements rapides des plantes, et Yoël reçoit le « go ! » de Maha pour s'attaquer au phénomène « en utilisant les méthodes expérimentales et théoriques développées pour l'étude de l'élasticité des plaques ». Un pari gagné : « En collaboration avec Jan Skotheim, de l'université de Cambridge, et le biologiste Jacques Dumais, de l'université de Harvard, nous avons montré que la fermeture du piège met en jeu une “instabilité élastique” analogue au retournement brusque d'une coque mince (un peu comme une lentille de contact qui s'inverse ou une portion de balle de tennis que l'on retourne). » C'est que les feuilles du piège sont bombées vers l'extérieur à l'état ouvert et courbées vers l'intérieur à l'état fermé. « Le passage de l'un à l'autre nécessite donc de franchir une barrière d'énergie élastique. Une fois cette barrière franchie, l'énergie accumulée est brusquement libérée et la feuille se ferme d'un coup. La Dionée a donc un muscle… élastique. » Un résultat répercuté par la revue Nature en janvier dernier et que Yoël entend étoffer en étudiant désormais le processus à l'échelle de la cellule : « Il existe un mouvement “actif” permettant à la plante de franchir la barrière d'instabilité. Cette partie est encore très mal comprise. L'hypothèse principale est qu'elle proviendrait de changements de pression, par osmose, dans les cellules. Nous souhaitons mettre au point une microsonde de pression permettant de faire de la microfluidique à l'échelle de la cellule, afin de tester les différentes hypothèses. » Et de rêver que la compréhension mécanique de ces mouvements éclair débouche un jour sur des applications en biomimétique 4 « pour la réalisation d'actionneurs souples dans des microcircuits hydrauliques, par exemple ».
Entre-temps, ce fan de BD, de Proust et de Wagner, ravi d'avoir troqué la grisaille parisienne contre le soleil, le mistral et les cigales, a regagné la mère patrie sans abandonner ses premières amours, les milieux granulaires. Ce qu'il fait quand Dionée le laisse respirer ? « Je marche ! J'adore marcher. Et rêver dans les calanques, devant les paysages éclatants de lumière et de couleurs. » Le dessinateur qui sommeille en lui n'a visiblement pas dit son dernier mot.
Philippe Testard-Vaillant
1. Commun au CNRS et à l'université Aix-Marseille-I.
2. Revue britannique de mécanique des fluides.
3. Le tout servant à comprendre les propriétés de résistance des structures mécaniques minces (carrosseries de voitures, pipelines…).
4. La biomimétique est la discipline qui cherche à traduire des modèles biologiques en applications techniques.
Yoël Forterre
Institut des systèmes thermiques et industriels, Marseille
yoel.forterre@polytech.univ-mrs.fr