La Vie, l'Ingénieur — Salle 12
Le génie discret des plantes
« La terre produit son herbe, l'arbre croissant ses fruits, et toute herbe de la campagne donne sa semence. »Psaume 104:14-16 ; Genèse 1:11-12
Elles ne bougent pas, et pourtant elles boivent, entendent, comptent et se déplacent. Le monde végétal est un système d'ingénierie d'une finesseadre.
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Elles ne bougent pas, et pourtant elles boivent, entendent, comptent et se déplacent. Dans les chloroplastes, la lumière excite des molécules de chlorophylle ; l'énergie est transmise à une chaîne de transporteurs d'électrons ; un gradient de protons se crée de part et d'autre d'une membrane ; et des ATP synthase — les mêmes machines rotatives que dans les cellules animales — produisent l'énergie. La photosynthèse fixe chaque année environ cent gigatonnes de carbone, et convertit à peu près un pour cent de la lumière solaire qui l'atteint. Un angle intrigue particulièrement : cent trente-sept virgule cinq degrés, l'angle d'or. C'est le seul angle qui, lorsqu'on l'applique successivement, produit une divergence qui ne se ferme jamais et ne se répète jamais. Chaque grain d'un tournesol est ainsi placé aussi loin que possible de ses voisins immédiats, et aussi près que possible de l'ensemble. Le même principe produit les spirales de Fibonacci de la pomme de pin et de l'ananas. La mathématique ne explique pas la plante : elle décrit ce que la plante fait.
La photosynthèse
Une machine àINARY énergie
Les chloroplastes captent l'énergie solaire et la convertissent en énergie chimique : c'est la base de presque toute la chaîne alimentaire terrestre.
Dans les chloroplastes, la lumière excite des molécules de chlorophylle ; l'énergie est transmise à une chaîne de transporteurs d'électrons ; un gradient de protons se crée de part et d'autre d'une membrane ; des ATP synthase — les mêmes machines rotatives que dans les cellules animales — produisent de l'ATP. Le carbone de l'air est fixé dans des sucres. L'oxygène rejeté est celui que nous respirons.
La géométrie
137, 5 degrés : pourquoi le tournesol est parfait
Les graines d'un tournesol sont disposées en spirales qui se croisent à un angle constant. Cet angle n'est pas esthétique : il est optimal.
L'angle d'or, voisin de 137, 5°, est le seul angle qui, lorsqu'on l'applique successivement, produit une divergence qui ne se ferme jamais et ne se répète jamais. Chaque grain est ainsi placé aussi loin que possible de ses voisins immédiats, et aussi près que possible de l'ensemble. Une disposition différente laisserait des vides ou créerait de la surdensité.
Le même principe produit les spirales de Fibonacci de la pomme de pin, de l'ananas et de certains chardons. Les suites de Fibonacci — 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34… — apparaissent parce que c'est la structure la plus compacte qui respecte les contraintes de croissance de la plante. La mathematics n'explique pas la plante : elle décrit comment la plante pousse.
L'ingénierie
Sans pompe, sans cerveau : comment l'eau monte
Une plante peut faire monter de l'eau à plus de 100 mètres de hauteur sans aucune pompe, sans moteur, et sans mesurer quoi que ce soit.
Le mécanisme est cooperative : la transpiration des feuilles crée une tension dans les colonnes d'eau des vaisseaux ; cette tension est transmise jusqu'aux racines, qui pompent l'eau par osmose. Les stomates s'ouvrent et se ferment en fonction de la lumière, de la teneur en eau et de la température — des millions de stomates, réglés individuellement, sans aucune centrale de commande.
La sève brute monte par le même principe ; la sève élaborée, riche en sucres, est distribuée par un gradient de pression osmotique. Le mouvement est passif : la plante exploite les propriétés de l'eau — cohésion et adhérence — que la physique décrit précisément.
La dissimulation
La graine de pissenlit et son parachute
En 2018, une équipe a filmé, en technique à grande vitesse et en imagerie 3D, la graine de pissenlit en vol. Ce que la caméra a montré a surpris tout le monde.
La publication, par une équipe de l'Université de Manchester, décrit un phénomène d'auto-propulsion : les aigrettes de la graine, en sedeployant, un accidentel vortex d'air qui pousse la graine comme une hélice. Le parachute n'est pas une structure designed pourplaner ; c'est un système autoréélargissant qui génère sa propre portance par tourbillon. Le titre de l'article dans Nature le dit : « Stabilized flight of the dandelion seed ».