Serge Berthier

L'Éveil du Morpho

Flammarion

Infographies : © Laurent Blondel/Coredoc.
© Flammarion, 2021

ISBN numérique : 978-2-0802-4676-9

ISBN du pdf web : 978-2-0802-4678-3

Le livre a été imprimé sous les références :

ISBN : 978-2-0802-4426-0

Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo.

Présentation de l’éditeur :
Plus vite, plus loin, en piochant toujours plus dans les ressources d’une nature à bout de souffle : notre modèle montre ses limites. Comment le refonder ? C’est en se passionnant pour le sublime papillon Morpho que l’auteur a entrevu la voie à suivre. Multifonctionnalité, désordre et économie en éléments : les grands principes exploités par le vivant sont fort éloignés de notre façon d’innover aujourd’hui… Prenez les ailes bleu lagon du Morpho : elles se rigidifient ou se courbent pour optimiser le vol, mais sont aussi autonettoyantes, antibactériennes, et régulent la température de l’animal dès son éveil. Quant à leur merveilleuse couleur, obtenue sans pigment ni terre rare vouée à l’épuisement, elle lui permet de communiquer et d’éviter ses prédateurs !
Le temps d’une expédition en Amazonie sur les traces du mythique papillon, Serge Berthier détaille les solutions adoptées par ce bijou d’ingénierie. Et si nous nous en inspirions pour réparer la planète et imaginer un monde meilleur ?

Serge Berthier est physicien, professeur émérite à l’université de Paris et chercheur à l’Institut des Nanosciences de Paris. Auteur de nombreux ouvrages, il a récemment contribué à l’exposition permanente « Bio-inspirée » (Cité des sciences et de l’industrie).
Illustrations de Valentine Plessy, collaboratrice régulière du magazine Terre Sauvage et des Parcs naturels régionaux (valentineplessy.free.fr).

Du même auteur

Optique des milieux composites, Polytechnica, 1993.

La Couleur des papillons ou l’impérative beauté – Propriétés optiques des ailes de papillons, Springer, 2000.

Iridescences – Les couleurs physiques des insectes, Springer, 2003.

Photonique des Morphos, Springer, 2010.

Comment fait le gecko pour marcher au plafond ?, Belin, 2016.

L’Éveil du Morpho

Je dédie ce livre à Annie, qui était là, en son absence,
Et qui écoutait avec moi le murmure du fleuve.
À nos enfants, Valérian, Juliette et Vanessa,
Et à notre génération future, Camille et Lucie,
avec toutes nos excuses pour l’état de la maison.

Avant-propos

Pour une nouvelle Renaissance

Il y a longtemps, notre planète était infinie, nulle limite, aucune frontière ne se profilait à l’horizon. Comme nos lointains ancêtres sortant d’Afrique et se lançant à la conquête du monde, nous sommes allés voir au-delà. L’eau, la nourriture venaient-elles à manquer ? Les populations se déplaçaient, lentement mais inexorablement. Une mine se tarissait ? On allait creuser là-bas, toujours plus loin. Les ressources terrestres semblaient inépuisables, la Terre une corne d’abondance dans laquelle nous puisions sans vergogne.

Bien plus tard, les Grecs, dès le Ve siècle avant notre ère, Pythagore (580-495), certains de ses élèves comme Parménide d’Élée, et peut-être même avant eux les Égyptiens, avaient conçu une représentation sphérique – donc bornée – de la Terre, une boule isolée dans l’espace, très grande et très éloignée des autres corps célestes. Aristote (384-322) et Eratosthène (276-194), un peu plus tard, s’essayèrent à en mesurer le périmètre : environ 74 000 km. Pratiquement le double de sa valeur réelle (40 030 km), mais qu’importe : c’est en effet très impressionnant, quoique fini. Ce scénario est aujourd’hui révolu : nous nous heurtons aux murs de notre maison. Voici venu le temps du monde fini.

Partout, nous en entrevoyons les limites : en ressources minérales et organiques, en métaux rares, en terres agricoles, en eau potable… Peut-être verrons-nous bientôt, dans la galerie des espèces disparues des muséums d’histoire naturelle, à côté de la dépouille du dernier tigre, le dernier kilogramme de germanium, un des nombreux ingrédients de nos smartphones.

Pire, nous n’avons pas seulement vidé la Terre, nous l’avons saccagée. Sachets plastiques baignant au milieu de l’océan, pollution aux métaux lourds, aux pesticides, diminution de la fertilité causée par l’accumulation dans l’eau de perturbateurs endocriniens, déchets radioactifs qui nous resteront sur les bras des milliers d’années… Tous ces poisons font sentir leurs effets directement sur nous et sur les autres espèces vivantes.

Nous voilà arrivés au terme de ce voyage. Cette stratégie commencée il a des milliers d’années, quand Homo sapiens a maîtrisé le feu, a remporté d’incontestables succès. Nous vivons mieux, plus longtemps. Des maladies sont éradiquées, l’enseignement, la culture se généralisent… Les humains dominent le monde, mais voilà que ce même monde demande son dû. Un temps payante, cette stratégie arrive à son terme : il nous faut nous réinventer. En redécouvrir une autre ? Ou revenir à celle que nous avons quittée.

Il n’existe pas de planète B ; alors, quelle est la solution ?

Juillet 2018, Guyane française

Après la fougueuse rivière Tapanahoni et ses sauts, parfois redoutables, que nous avons franchis la semaine passée, le Maroni paraît bien calme, et la longue descente vers l’embouchure plutôt tranquille, presque monotone. La saison des pluies se prolonge anormalement, cette année. Engoncés dans nos capes de pluie – surnommées les capes de la honte par nos jeunes explorateurs, soucieux de leur apparence –, nous sommes une petite équipe de chercheurs occupés à parcourir la jungle en quête des prodiges de la nature.

Je suis physicien. La physique : une discipline « dure » et abstraite en apparence, très éloignée des sciences du vivant. C’est oublier un peu vite que le mot vient du grec ancien, dérivé de φύσις, phúsis (« nature »). Pour moi, la réponse au drame moderne de l’humanité réside de fait tout entière dans cette profession de foi : « S’inspirer du vivant pour le rester. »

Dans le cadre de mes recherches, j’organise régulièrement des expéditions dans la forêt amazonienne. Pour mes travaux, j’ai besoin de collecter des échantillons, bien sûr, d’effectuer des mesures sur des organismes vivants, parfois, mais surtout d’observer. En ce jour, assis à l’arrière de la pirogue, je contemple la longue file de mes compagnons de voyage, pour l’essentiel en thèse ou étudiants à l’IUT Paris-Pajol. Je suis reconnaissant à ces jeunes d’avoir osé l’aventure, de cette confiance aveugle qu’ils m’ont accordée, mais je m’interroge aussi. Futurs chercheurs ou ingénieurs, ce sont eux qui devront gérer la funeste conjoncture dans laquelle nous nous enlisons : explosion démographique, réduction des ressources, franchissement des limites planétaires. Quelle voie choisiront-ils pour soigner la Terre de ses maux ?

Nous pouvons nous en remettre une fois de plus à la haute technologie, la « high-tech » qui nous a si bien réussi jusqu’à présent. Tirer notre énergie de la fusion nucléaire, refroidir la planète pour lutter contre le réchauffement, ouvrir des colonies sur Mars… Mais pas sûr que nous en ayons le temps, outre que ce serait un bien faible répit. Et quel monde que celui où ces très hautes technologies resteront dans les mains des trois ou quatre pays développés, seuls capables de les maîtriser !

Telle que nous la percevons et que je viens de l’évoquer, la situation semble dramatique. Les phénomènes s’emballent, les effets de nos erreurs se feront sentir longtemps, tandis que nos timides tentatives de réparation ne montreront pas les leurs avant de nombreuses années. Nous ne sortirons pas indemnes de cette crise, et, lorsque ce sera fait, plus rien ne sera « comme avant ». Il va nous falloir repenser tous les principes fondamentaux de notre société, l’économie, l’agriculture, nos modèles sociaux et nos modes de gouvernance et, pour ce qui nous intéresse plus directement ici, nos sciences. En un mot : repartir. Mais sur quelles bases ?

Des peuples vivent et ont vécu ici, et fort bien, pour ce que l’on sait. Ils ont favorisé les arts, se sont soignés. Ils ont tracé des routes et des canaux au milieu de la jungle, développé les terres arables et ont communiqué, commercé au-delà de leur territoire… Et tout ça dans le strict respect de la nature. Une idée puissante m’anime chaque fois que je viens en Guyane et chemine, inconscient et ignorant des pièges de la forêt tropicale : ne pourrions-nous, nous aussi, revenir à un mode de vie plus « naturel », plus conforme aux intérêts du monde vivant, et pas seulement à ceux d’Homo sapiens ?

C’est un changement de paradigme complet, sans doute très difficile, mais qu’il me semble préférable d’initier nous-mêmes avant que les circonstances ne nous l’imposent. Et nous ne sommes pas seuls pour entamer cette indispensable reconversion. La nature, dont nous sommes tant éloignés, que nous avons tellement martyrisée, est là pour nous rappeler quelques règles et nous montrer la voie, nous rappeler les modes de fonctionnement compatibles pour notre épanouissement et notre survie.

C’est aussi l’un des objets de ces expéditions amazoniennes, auprès de ces Indiens kalinas qui nous ont hébergés quelques jours dans leur village et qui savent vivre de la nature sans la détruire, respectent ses règles et s’en inspirent dans leur « industrie ».

S’inspirer de la nature

La bio-inspiration. Voilà la solution que je prône. Sans être très ancienne, cette démarche n’est pas une idée nouvelle. Quand les Inuits chassent les phoques à travers les trouées dans la banquise, ils copient la méthode de chasse des ours blancs. Le velcro a été inventé quand un ingénieur, en promenant son chien, a remarqué que ses poils accrochaient facilement les graines de bardane. Nous avons domestiqué la planète, l’avons transformée, pillée et en grande partie détruite, mais nous ne commençons qu’à peine à la regarder d’un nouvel œil : que peut-elle nous apporter d’autre que ses richesses en éléments ?

L’idée fondamentale de la bio-inspiration repose sur l’évolution biologique. Les organismes vivants que nous observons aujourd’hui sont le résultat de mutations aléatoires et du passage par le redoutable filtre de la sélection naturelle. Ils ont ainsi bénéficié de milliers d’années de tests grandeur nature (de recherche et développement, dirait-on aujourd’hui), et on peut considérer qu’ils ont ainsi atteint une sorte de perfection, ou plutôt un optimum.

Quand j’arpente les sous-bois de la forêt tropicale humide, résonnant des vocalises des singes hurleurs et du cri entêtant de l’oiseau sentinelle, je ressens avant tout une extrême humilité devant le foisonnement d’inventions que l’évolution a forgées ici. « Toute technologie suffisamment avancée est indiscernable de la magie », a écrit l’auteur de science-fiction Arthur C. Clarke (1917-2008). En Amazonie, la magie infuse chaque parcelle de terrain, chaque méandre de fleuve.

Enfoncez-vous de quelques centaines de mètres dans les profondeurs de la forêt et vous rencontrerez des scarabées qui changent de couleur en fonction de la météo (à ma connaissance, il n’y a pas de peinture à couleur variable dans les rayons des grandes surfaces de bricolage). L’omniprésence de la pluie détrempe les sols et les rend boueux ; pourtant, certains insectes conservent un état plus propre et plus stérile que ne le rêverait jamais un médecin ! Quant aux fleuves, ils abritent des organismes qui savent fabriquer du verre et des céramiques à température ambiante, quand il faut à l’espèce humaine des cathédrales de feu.

Pourquoi l’Amazonie, me direz-vous ? À quoi bon partir à l’autre bout du monde quand le merveilleux de la nature irrigue aussi nos campagnes et tous nos environnements proches ? Plusieurs raisons à cela. D’abord, l’extraordinaire biodiversité qu’elle renferme. Jusqu’à 150 essences d’arbre poussent sur un même hectare de forêt guyanaise. C’est 10 fois plus que sous nos latitudes. La même remarque vaut pour les animaux et les plantes dans leur ensemble. Les forêts tropicales hébergent une faune et une flore grandioses : elles sont un vrai centre de recherche à ciel ouvert. Vous trouverez mille idées de start-up à créer dans les pages suivantes. Et mille raisons de préserver ces mêmes forêts. Et si l’on explore l’Amazonie, c’est aussi parce que les traces de notre présence, actuelles ou passées, demeurent relativement minimes, du moins en apparence.

À la gloire du Morpho

Tandis que la pirogue glisse doucement sur le fleuve, mon regard porte loin sur les eaux boueuses, où naissent puis s’évanouissent des tourbillons. Donc, oui, les solutions à nos problèmes sont là, elles nous tendent les bras. Vous allez en découvrir d’incroyables, comme ces fourmis qui vous aident chaque fois que vous utilisez votre logiciel GPS ou envoyez un mail. Jadis, à l’école, nous avions des « leçons de choses ». Le principe de cette approche est bien connu : partir de l’observation d’un objet concret pour amener progressivement l’élève à réfléchir à des notions plus abstraites. Et la « chose », ici, englobe l’ensemble de la nature, mais aussi les réalisations humaines. L’idée n’est pas nouvelle : Rabelais (1532-1553) l’utilise pour former Gargantua. Jean-Jacques Rousseau (1712-1778) en fait plus tard l’apologie. Eh bien, prenez cet ouvrage presque comme un manuel de sciences naturelles inversé : et si la nature nous donnait une leçon de sciences ?

Les pages d’un livre sont comme les arbres d’une forêt : mieux vaut avoir un guide pour se repérer. Au fil de notre excursion en forêt humide, notre guide sera un papillon, plus précisément un Morpho, le célèbre papillon aux splendides ailes bleu électrique. Pourquoi lui ? Pourquoi avoir choisi cet être minuscule, un insecte parmi des millions d’autres, et non une espèce plus spectaculaire ? Plusieurs raisons m’ont poussé à ce choix que vous découvrirez au fil de la lecture, mais sachez simplement que peu d’organismes ont autant ébloui le chercheur que je suis – et d’autres, autrement plus célèbres, avant moi. Il n’y a pas mieux que ce papillon pour symboliser cette magie de la nature que je revendique et dont vous allez être témoins.

Alors que j’admire le takariste campé à la proue, qui indique au pilote, par des gestes étonnamment gracieux, les passes et les rochers invisibles pour lui, me reviennent en mémoire les mots du génial artiste et inventeur Léonard de Vinci (1452-1519), qui incitait ses élèves à sortir de l’atelier : « Allez observer la nature, là est votre futur. » À des siècles de distance, ce conseil sonne étrangement d’actualité. Comme nul autre pareil, Léonard de Vinci a incarné le génie de la Renaissance, cette période où les technologies passées ont été transcendées pour faire à nouveau briller l’éclat de la civilisation.

Quand vous tournerez cette page, vous serez transporté dans la forêt amazonienne au moment où l’aube se lève.

L’aube d’une nouvelle Renaissance, j’espère.

1

L’éveil solaire du Morpho

Comme dans toutes les forêts du monde, l’aube est un moment de renouveau pour les insectes dans la jungle amazonienne. Il flotte la nuit un parfum de mystère, une apparente immobilité, troublée parfois par le croassement des crapauds, par de mystérieux clapotements dans les eaux du fleuve proche et par le chant envoûtant des singes hurleurs. Et il a suffi d’un rayon de soleil pour que les insectes sortent de leur léthargie nocturne et reprennent vie.

Il fait encore frais au petit matin, et nous hésitons à nous extirper de notre couche. Comme le Morpho encore engourdi sous la feuille d’un bois de rose, nous attendons le premier rayon de soleil, en faisant doucement balancer notre hamac. Tout autour du carbet, le sol est froid, détrempé, et nous ne sommes guère pressés d’y poser le pied. Un à un, les oiseaux s’éveillent, et la forêt commence à résonner de leurs cris. Il nous faut préparer le petit-déjeuner, et pour notre papillon, dégourdir ses muscles thoraciques et prendre son envol avant la prochaine pluie qui le clouera au sol.

Le roi de l’ingénierie

Le Morpho est l’acteur le plus exubérant de ce monde microscopique. Il est reconnaissable entre mille : ses ailes arborent un bleu métallique, comme s’il les avait trempées dans un pot de peinture destiné à quelque carrosserie féerique. Il semble totalement incongru dans le vert de la forêt guyanaise, au milieu des lianes vertigineuses qui tombent des couroupitas, arbres à boulets de canon, et d’autres grands arbres à contreforts colonisés par les orchidées blanches. Ce bleu a captivé des générations d’amateurs d’art. Dans nos contrées, les Morphos font l’objet d’un élevage intensif afin de transformer leurs ailes iridescentes en ornements de bijoux ou d’inclusions pour la marqueterie.

Le Morpho n’est pas seulement une merveille incomparable de beauté, c’est également une sorte d’animal totem, empreint de symbolique. Son apparence presque irréelle a frappé les esprits en Amazonie, si bien que de nombreuses légendes lui sont associées. Certaines tribus y voient l’incarnation de forces maléfiques chargées d’égarer les imprudents qui oseraient le suivre. Selon d’autres, au contraire, le Morpho porterait chance. Avoir le privilège de l’observer exaucerait les vœux. Je n’ai pas formulé de vœu, mais le Morpho a comblé les plus secrets et les plus inconscients d’entre eux. Il m’a montré une voie que je ne cherchais pas. Il a orienté ma carrière tant sa beauté cache de trésors de technologie, qu’il offre, sans brevet, à qui veut bien les chercher.

Mais, pour le chercheur que je suis, le Morpho est surtout parfaitement adapté à son environnement. La température est fraîche, le soleil rasant ne pénètre pas encore jusqu’au sol : comment fait-il pour se chauffer et prendre son envol ? D’où tire-t-il son énergie ? De quelle mystérieuse alchimie son corps est-il le siège ? Ce ne sont là que quelques-unes des multiples questions que pose l’animal. Son organisme, et en particulier ses ailes, cache bien d’autres mystères.

Il suffit au Morpho de faire trembler ses ailes quelques instants avant le décollage pour atteindre la température idéale de vol. Avec une envergure pouvant atteindre les 12 à 20 cm, certains Morphos comptent parmi les plus grands papillons au monde. Leurs ailes sont des modèles d’ingénierie. Formées d’une double membrane, elles sont traversées par un réseau de trachées dans lesquelles circule la lymphe. Plates en apparence, elles subissent en fait des déformations pendant les différentes phases du battement. Dans la phase descendante, les nervures s’emplissent de lymphe, la pression monte, et l’aile, plane, se rigidifie. Dans la phase montante, la lymphe se retire, les ailes s’amollissent et se courbent, évitant ainsi au papillon de redescendre. Une technique reprise dans les mini-drones à battement d’ailes !

Un parachute pour grenouille

L’absorption des rayons solaires est la stratégie la plus répandue sur Terre pour actionner la machinerie biologique. Cette fonction est assurée par divers pigments, dont les plus courants sont les mélanines. On les trouve pratiquement partout dans le monde animal, et il en existe aussi chez les végétaux. Ce sont toutes de grosses molécules dont le pic d’absorption est situé dans l’ultraviolet, aux environs de 350 nm, mais qui s’étend largement dans le visible, créant ainsi les effets colorés que nous connaissons : le bronzage, la couleur de nos cheveux ou de nos yeux… Elles nous protègent des effets dangereux des UV, mais pas seulement : durant le processus d’absorption, l’énergie des photons ultraviolets captée par la molécule va être restituée sous forme de chaleur, participant ainsi à l’équilibre thermodynamique de nombreux organismes.

Si les mammifères et les oiseaux maintiennent leur température interne constante, quelle que soit celle du milieu extérieur, via un processus métabolique, ce n’est pas le cas des autres familles d’animaux, qui sont soumises aux fluctuations journalières ou saisonnières de température. Les insectes, en particulier, ont besoin de l’énergie solaire pour se réchauffer et sortir de leur léthargie nocturne.

Hormis, en effet, les oiseaux et les mammifères, tous les autres membres du monde animal sont des organismes poïkilothermes (du grec poïkilo, « irrégulier », et de thermos, « chaleur »), c’est-à-dire dont la température corporelle, contrairement à la nôtre, varie avec l’environnement. Toutes les fonctions organiques nécessitent cependant une certaine gamme de température pour leur bon fonctionnement, entre 35 °C et 40 °C généralement. Si une partie de cette énergie thermique peut être fournie par l’activité musculaire, l’autre provient du Soleil. En vol, le thorax d’un papillon est ainsi à une température de 40 °C, généralement bien supérieure à la température ambiante, même sous les tropiques. Pour l’atteindre, le papillon doit donc capter l’énergie solaire avant de décoller. Cela explique la brutale disparition des papillons au-dessus d’une prairie de montagne au passage des nuages, et leur réapparition tout aussi soudaine dans l’air dès le retour du soleil.

Les amphibiens dépendent eux aussi de la caresse du soleil pour s’extirper du sommeil. Tout là-haut dans la canopée, au sommet d’un immense angélique – Dicorynia guianensis, très exploité pour son bois en Guyane –, une grenouille arboricole chasse les petits insectes, fourmis, termites ou moustiques. Trop petite pour inquiéter le Morpho, elle a en revanche tout à craindre de la harpie huppée qui tournoie au-dessus de la canopée, ou de l’énorme mygale qui escalade discrètement le tronc. En cas d’attaque, la parade est immédiate : la grenouille se jette dans le vide ! La stratégie paraît dangereuse, l’arbre dépassant 20 m de hauteur. Mais non. Avant de toucher le sol, elle lance une patte vers une plante et la voilà immédiatement collée à une feuille. La tige se courbe et amortit sa chute, comme si elle faisait du saut à l’élastique.

Décoller puis coller

Voletant dans les sous-bois, le long des berges ensoleillées ou des chemins forestiers, le Morpho sacrifie au premier rituel de la matinée : il s’en va chercher de la nourriture. Il se posera sur un corossol mûr tombé au sol et commençant doucement à fermenter. Puis, fermement collé à la peau rugueuse du fruit grâce à ses pattes dotées d’une technologie de haute volée, il en aspirera le suc à l’aide de sa trompe. Ainsi posé, ailes fermées, cachant au monde sa trop voyante robe bleue, le papillon est parfaitement invisible. Il ne déploiera ses ailes que pour se réchauffer et s’envoler.

L’adhérence aux surfaces est une préoccupation essentielle que certains animaux partagent avec le monde industriel. Comme le gecko apte à marcher au plafond, de très nombreux organismes ont développé l’art d’adhérer à n’importe quelle paroi naturelle. S’en inspirer ne serait pas un gadget : les colles industrielles représentent une grande source de pollution et une menace sur la santé. Non recyclables, bourrées de polluants chimiques s’en échappant lentement, elles participent à la dégradation de notre environnement et de notre santé. Vous les connaissez sans doute, voici un triste florilège des molécules qui nous empoisonnent à petit feu : dichlorobenzène, xylène, formaldéhyde, tétrachloroéthylène, toluène… Ces composés contaminent l’atmosphère intérieure, alors même que la vie moderne se déroule de moins en moins en plein air…

Comment remplacer les colles industrielles ? Quelles solutions la nature a-t-elle inventées dans la touffeur de la jungle amazonienne ? Il existe de nombreuses manières d’adhérer à une surface. Même s’il ne s’agit que d’une des deux cordes de son arc, le Morpho a adopté un procédé mécanique : les extrémités de ses pattes sont pourvues de deux petits crochets, qui lui permettent de se fixer sur des parois rugueuses, celles des fruits, des troncs ou des feuilles. Il procède un peu à la façon du velcro, qui se trouve être d’ailleurs l’une des rares inventions biomimétiques à avoir réellement envahi notre quotidien.

Lorsque le Morpho se pose sur la feuille parfaitement lisse d’une orchidée, ses crochets sont inopérants. Il réussit toutefois la manœuvre grâce aux pulvilles, des sortes de coussinets recouverts de nombreuses soies adhésives. Les pulvilles équipent les pattes de très nombreux insectes, comme les mouches ou les criquets. Leur faculté d’adhésion provient de forces que le célèbre gecko maîtrise à la perfection…

Plusieurs espèces de geckos vivent en Amazonie. Même s’il existe une variété naine qui tient sur le bout du doigt, la plupart sont d’une taille honorable, et coller cette masse à la paroi verticale d’un rocher émergeant de la végétation est une autre paire de manches, du point de vue de l’intensité des forces, que plaquer une mouche sur une feuille. Les liens invisibles qui se nouent entre les pattes du lézard et la paroi sont des forces dites de Van der Waals. Comme elles sont d’extrêmement courte portée, l’extrémité des doigts du gecko est subdivisée sur plusieurs échelles en fibres de plus en plus minces, pour se terminer en nanostructures capables de pénétrer les moindres anfractuosités et de rester en toutes conditions près du support.

Ce sont ces mêmes forces qui entrent en action chez le Morpho sur les surfaces trop lisses pour s’y accrocher. Le pouvoir de super-glu du gecko a déjà été transposé dans notre monde avec succès, pour coller des moquettes, permettre à un homme de grimper sur des vitrages ou fabriquer des films adhésifs réutilisables.

D’autres organismes enrichissent leur arsenal d’adhésion de forces capillaires. Ils ont recours à un fluide, qui peut être de l’eau mais aussi un fluide biologique, dont la fonction est alors de maintenir en contact deux surfaces non hydrophobes. C’est précisément la stratégie retenue par la grenouille arboricole, qui sécrète un fluide par des glandes situées aux extrémités de ses doigts, à laquelle elle ajoute, pour faire bonne mesure et vu ses périlleuses acrobaties, un effet ventouse. Armée de tous ces dispositifs, elle parvient à coller à pratiquement n’importe quelle surface, fussent-elles détrempées !

« Les surfaces doivent être propres et sèches. » Qui n’a pas lu cet avertissement sur son tube de colle ? De fait, coller en milieu humide reste un défi. Pouvoir coller sous l’eau ou dans un environnement aqueux constituerait un immense progrès dans de nombreux domaines : industrie navale, offshore, mais aussi chirurgie, dentisterie, plomberie… Et pourtant, à bien y regarder, des animaux réalisent cet exploit tous les jours : limace, escargot, moule, etc. Tous ces organismes réussissent à se déplacer sur des surfaces mouillées, dans n’importe quelle position, ou bien restent fixés sur un rocher battu par les vagues. Nous sommes tellement habitués à les voir que nous ne mesurons pas leur talent.

Mieux : sur les plages californiennes, un ver marin (Phragmatapoma californica) se construit sous l’eau un petit habitacle, un tube allongé très résistant, en agglomérant des grains de sable et des débris de coquilles. À l’instar des espèces citées plus haut, ce ver sécrète une colle, sous la forme d’un fluide à la fois visqueux et hydrophobe constitué de polymères, dont les propriétés sont modulables sous l’action de stimuli externes : pH, lumière… De la très haute technologie, dont nous commençons seulement à entrevoir le potentiel.

En quête du Morpho

Dans l’aube de la forêt tropicale, une espèce tarde à se réveiller : les humains. Le petit village indien de Wiketie, au Surinam, où nous avons posé nos bagages, sur la rive droite du fleuve Tapanahoni, offre une vision irréelle, presque onirique. La vapeur d’eau qui flotte encore à la surface sombre du cours d’eau commence doucement à s’élever. Sur la rive opposée, les arbres émergent à peine du brouillard. On s’attendrait à voir surgir quelque animal depuis longtemps disparu… Il faudra bientôt aller secouer la longue rangée de cocons blancs ou multicolores, les hamacs où les étudiants de la mission se lovent encore.

Chaque fois que possible, je profite du sommeil de nos jeunes explorateurs pour aller faire, seul, ma toilette dans le fleuve. C’est une étrange sensation que de se raser, de l’eau jusqu’à mi-cuisse, devant ce spectacle de commencement du monde. Physicien, je devrais me trouver dans mon laboratoire, devant mon beau microscope numérique, entouré de mes lasers et de mes spectrophotomètres. Et me voilà en pleine jungle, plongé jusqu’à mi-cuisse dans les eaux troubles d’un fleuve amazonien, en train de me faire mordiller les extrémités par de petits poissons, des nettoyeurs, qui raffolent de mes peaux mortes ! L’incongruité de la situation a de quoi frapper. Quand j’évolue dans la forêt guyanaise, il m’arrive de me pincer pour m’assurer que je ne rêve pas. Et j’ai parfois besoin de me rappeler comment cela a commencé, pour me convaincre que j’ai effectivement toute ma place ici.

Il y a eu d’abord cette passion pour les papillons quand j’étais enfant. En fait, une idée de mon père pour me détourner d’une collection d’organismes marins – oursins, étoile de mer, coquillages… – qui empestait dans la maison du Midi et qu’il ne supportait pas. Plus tard, je gardai cette attirance, en parallèle avec les études de physique, sans songer à faire le lien entre ces deux mondes, apparemment si éloignés.

Ce fut la rencontre avec un chercheur extraordinaire, Maurice Françon (1913-1996), qui m’ouvrit les yeux sur les beautés cachées des nanostructures naturelles. Il me fit découvrir leur extraordinaire efficacité et entrevoir déjà ce qu’elles pouvaient nous apprendre. Professeur charismatique, mondialement connu pour ses travaux sur l’optique interférentielle, il recevait volontiers ses étudiants dans son bureau, et je ne sais comment nous avions fini par parler papillons. Il me raconta alors ses expéditions en Guyane et en Amérique du Sud, en compagnie de son ami, le célèbre mathématicien Laurent Schwartz (1915-2002), médaille Fields 1950 et féru de papillons !

Laurent Schwartz, médaille Fields et fou de papillons !

Bourré d’humour et très bon conteur, il me gratifiait d’un tas d’anecdotes qui me tenaient en haleine. Collectionneur, il pratiquait une efficace chasse nocturne, qui consistait à tendre un drap blanc dans une zone ouverte de la forêt et à l’éclairer violemment pour attirer les insectes. À défaut de générateur, les deux scientifiques devaient pédaler à tour de rôle pour alimenter les ampoules. Ces moments s’éternisaient, parfois la nuit entière, et le professeur finissait souvent par s’endormir sur son guidon. D’imaginer ces deux sommités pédalant dans la forêt amazonienne me faisait hurler de rire. Ses aventures rocambolesques flirtaient parfois avec le fantastique, mais qu’importe : j’avais contracté le virus et je me jurai moi aussi de m’enfoncer un jour dans la nature sauvage.

Je prenais d’autant plus de plaisir à ces récits que la science affleurait toujours. Spécialiste des interférences, Maurice Françon avait tourné un film sur la couleur des colibris qui bientôt, aux heures chaudes, envahiront certains arbres à fleurs à l’entour du village où nous nous trouvons. Les couleurs chatoyantes de leurs plumes sont en effet dues à des interférences de film mince. Une structure assez proche de celle des mythiques Morphos, qu’il avait évidemment étudiée. Un jour que je quittais son bureau, il me retint un instant et me tendit un bloc de résine tenant lieu de presse-papier. Comme fossilisé dans la résine se tenait un grand papillon, terne, brunâtre. En fait, un grand Morpho (Morpho didius, un des géants de la famille) dépourvu de couleur. « J’ai fait cette inclusion de ce Morpho bleu. Les couleurs ont disparu. Cherche pourquoi ! »

Je cherchais, plutôt mollement je l’avoue. J’étais engagé dans ma thèse de 3e cycle sur l’énergie solaire, puis ma thèse d’État sur les propriétés optiques des matériaux désordonnés, deux sujets qui me seraient fort utiles par la suite (le désordre, une caractéristique des créations de la nature, et l’énergie solaire, vitale pour elle et qu’elle gère mieux que nous ne savons le faire !). Toujours est-il que j’avais acheté un microscope et un Morpho, et, à mes heures perdues, j’observais et dressais une carte des écailles de ce magnifique papillon, photographiais les changements de couleur selon l’angle d’incidence de la lumière ou en l’immergeant dans différents liquides.

Je compris vite l’origine de la disparition des couleurs dans la résine, et je suspecte fort Maurice Françon de l’avoir toujours su. Elle s’explique par le changement d’indice du milieu inclus dans la résine. Je n’ai malheureusement plus jamais eu l’occasion d’en discuter avec lui. Il avait quitté l’Université lorsque je revenais de Corse, après sept années comme maître de conférences à l’université de Corte. Il décéda en 1996, et j’ai toujours le regret de n’avoir pu le remercier de cette blague, qui décida de mon avenir universitaire.

Limites planétaires

J’ai continué de vanter l’iridescence du papillon autour de moi, à mes collègues et à mes étudiants. Un jour, je fus contacté par une grande entreprise produisant des fibres textiles et qui désirait créer une fibre colorée sans pigment, comme le Morpho. J’entamais ce jour-là ma reconversion thématique ! D’autres projets virent le jour, avec la Banque de France pour développer des motifs antifalsification de billets de banque inspirés d’un papillon ou d’un coléoptère, et avec Saint-Gobain pour concevoir un verre superhydrophobe (sur lequel l’eau ne s’étale pas) copié sur les ailes d’un autre papillon…

Tous ces travaux nourrissaient ma passion grandissante pour la bio-inspiration, qui devint un sujet à la mode au tournant des années 2010. Ce succès s’expliquait par la montée en puissance des préoccupations environnementales dans la société civile et le monde universitaire. En 2009, une équipe internationale de chercheurs avait identifié neuf limites « planétaires » à ne pas franchir, sauf à menacer gravement l’avenir de notre espèce sur Terre (et non l’avenir de notre planète, comme on l’entend souvent). L’ONU entérina le concept de limites planétaires le 16 mars 2012. Les limites, toutes plus ou moins dépendantes les unes des autres, concernent les phénomènes ou grandeurs suivants :

le réchauffement climatique ;

l’appauvrissement de l’ozone atmosphérique ;

la pollution aux aérosols ;

la pollution chimique ;

l’acidité des océans ;

la consommation d’eau potable ;

l’utilisation des terres agricoles ;

la perte de biodiversité ;

les flux d’azote et de phosphore.

Dans certains domaines, l’accélération de la dégradation de la situation est fulgurante. Elle est plus mesurée, quoique conséquente, dans d’autres. Les pollutions chimiques et aux aérosols ne sont pas encore mesurées. Trois des limites ont été très largement dépassées : l’effondrement de la biodiversité, quasi inexistant il y a cinquante ans, les flux d’azote (la limite a été atteinte en 2009) et les changements climatiques. Au gré des pages de ce livre, nous verrons que l’environnement d’Amazonie servira de support pour aborder ces problématiques et éventuellement y puiser des solutions.

À la même période où ces préoccupations sociétales s’intensifiaient dans le débat public, je débutais ces expéditions en forêt amazonienne destinées à observer la vie, à comprendre ses grands principes et ses stratégies, avant de l’imiter. Je n’oubliais toutefois pas mes premières amours – l’énergie solaire – et m’intéressais à l’incroyable stratagème que met en œuvre le Morpho pour stabiliser sa température de manière parfaitement passive.

Les limites planétaires. Situation aujourd’hui et il y a un demi-siècle.

Forage extraterrestre

Tandis que j’achève ma toilette, je maudis une famille d’insectes que j’aurais préféré voir rester au lit : les moustiques, qui profitent de mon immobilité pour passer à l’attaque. S’il existe un organisme dont on n’attend rien de bon, c’est bien le moustique ! Quoique… Il a un point commun avec la rhysse, une guêpe perceuse qui pond ses œufs dans une larve cachée sous l’écorce. En quoi ces deux créatures se ressemblent-elles ? Eh bien, elles parviennent à percer l’écorce d’un arbre ou la peau des mammifères malgré leur faible masse. Un véritable mystère sur le papier, car la science est formelle : on ne peut appliquer, simplement en appuyant, une force supérieure à son poids ! Or chacun à leur manière, ces deux insectes ont proposé des solutions à ce problème. Comme quoi, même un moustique offre du bon à l’espèce humaine…

De fait, la rhysse a aidé les ingénieurs… qui envoient des rovers sur Mars. Forer sur la planète rouge, ou plus encore sur la Lune, est un véritable défi. Le robot InSight pèse un peu plus de 300 kg sur Terre. Après s’être posé sur Mars l’an passé, tout se passe comme s’il ne pesait plus qu’à peine 100 kg. Sur la Lune, il n’en pèserait que 50 : une sorte de guêpe sur un tronc d’arbre. Et le sol à percer peut être dur ! C’est la rhysse qui a donné la solution. Son ovipositeur, l’organe qui lui sert à insérer ses œufs dans le tronc, est équipé de deux lames dentelées vers l’arrière : lorsque l’une appuie pour percer l’écorce, l’autre se rétracte et s’ancre dans le bois, empêchant l’insecte d’être repoussé par réaction. C’est ce système bilame qui est exploité dans les robots spatiaux, mais qu’on va bientôt trouver dans nos magasins de bricolage. Percer sans effort : un rêve !

Sans douleur aussi, ce serait bien. Là, c’est le moustique qui nous propose une solution. Le moustique, c’est l’arme fatale, une des toutes premières causes de mortalité sur Terre, toutes espèces confondues, le vecteur d’un nombre effrayant de maladies. On en compte actuellement plus de 3 500 espèces, réparties sur l’ensemble des terres émergées de la planète, hormis l’Antarctique. Toutes ne nous piquent pas, mais les autres sont encore bien trop nombreuses. Percer la peau d’un mammifère, trouver sous celle-ci un vaisseau sanguin, injecter un anticoagulant… : le labeur de l’insecte doit être réalisé sans attirer l’attention de la victime. Contrairement, donc, à celle de bien d’autres insectes, la piqûre du moustique femelle – la seule à se nourrir de sang – est indolore. Toutes ces qualités rendraient jaloux les infirmiers, qui doivent parfois piquer des malades un peu rétifs !

Comment s’y prend le moustique ? Sa trompe, ou proboscis, est composée de six appendices buccaux, enfermés dans une enveloppe rétractable (le labium), et spécialisés chacun dans une tâche bien définie. Les maxilles dentelées vont découper l’épiderme à la manière d’une scie. Les mandibules, elles, vont jouer le rôle d’écarteurs pour laisser le passage au labium, la « seringue » biseautée et conique. Quant au hypopharynx, il va injecter la salive anticoagulante permettant au sang de s’écouler plus facilement dans ces très fins capillaires. C’est à ce moment-là que les démangeaisons commencent et que l’on peut chasser – trop tard – le moustique. Durant la durée de l’opération, l’ensemble des pièces buccales est soumis à des vibrations permettant à chaque outil d’accomplir sa tâche.

Même s’il paraît difficile aujourd’hui de reproduire l’intégralité de ce processus, certains éléments ont servi à améliorer grandement la classique seringue qui, si elle ne présente que peu d’inconvénients lors d’usages occasionnels, peut devenir très dommageable en emploi quotidien. Des microseringues ont ainsi été mises au point, qui reprennent certains éléments du proboscis. Les plus simples ont tout d’abord adopté la forme générale du labium. L’aiguille n’est plus cylindrique, mais conique, et sa section comporte une lame qui coupe localement la peau, plutôt que de la percer.

D’autres chercheurs ont développé une seringue à deux aiguilles, la première diffusant un agent engourdissant pendant que la seconde procède à l’injection. Cette dernière présente, comme le proboscis du moustique, une rigidité variable et pourrait même émettre des vibrations. Voilà une belle réalisation qui changera profondément la vie de malades voués à endurer des injections à répétition lors de traitements de longue durée.

De retour au carbet

Les moustiques nous accompagneront toute la journée, rendant par moments notre collecte d’insectes impossible. Certains endroits en sont infestés, d’autres, allez savoir pourquoi, en sont totalement dépourvus. Quoi qu’il en soit, la récolte a été bonne. Et joyeuse. Les premiers pas de chasseur de papillons sont toujours assez comiques, et les railleries allaient bon train. Nos jeunes chasseurs ont alors pu apprécier, à leurs dépens, la stratégie d’évitement du Morpho qui, quoique extraordinairement voyant dans ce monde vert, joue précisément de cette particularité pour échapper à ses prédateurs. À notre retour au carbet, la collecte – quelques Morphos, d’autres papillons et des coléoptères – sera examinée et classée. Les néophytes commenceront à les reconnaître, à les appeler par leur petit nom…

Il reste un peu de temps avant que la nuit ne tombe. Nous en profitons pour effectuer quelques mesures spectroscopiques. Si les couleurs structurales sont très stables, certains pigments peuvent se dégrader rapidement, et il est impératif d’effectuer ces mesures sur des échantillons très frais. Petite gâterie, notre guide nous a rapporté une phyllomedusa, une jolie petite grenouille verte dont on dit qu’elle deviendra noire la nuit tombée. C’est Magali qui se charge d’enregistrer ce changement chromatique – il durera presque deux heures ! Ces journées sont accablantes de chaleur et d’humidité, mais je vois dans les yeux de mes collègues et de nos jeunes explorateurs briller la flamme de l’excitation et du bonheur de l’instant vécu.