Du ballon de foot au glaçon.

Tout l monde est familier avec les changements d’état: chauffez de l’eau, elle s’évapore pour donner de la vapeur d’eau; refroidissez la et vous en faîtes de la glace. L’eau (qui au passage a la particularité d’être moins dense à l’état solide qu’à l’état liquide, ce qui fait les glaçons flottent, à part dans certains cocktails) présente des changements d’états bien documentés: on sait qu’à la pression atmosphérique du niveau de la mer, la solidification de l’eau se fera à 0° Celsius (par définition même).

Toutefois, il arrive que la nature soit plus complexe que prévue: il est possible d’obtenir de l’eau liquide à une température plus basse que 0°, à pression ambiante. Ce phénomène est appelé surfusion depuis sa découverte en 1724 par Fahrenheit , et encore mal compris: des gouttelettes d’eau restent liquide à basse température, jusqu’à ce qu’un choc les fasse se solidifier instantanément. C’est ce qui arrive par exemple quand un avion traverse un nuage: l’eau surfondue dans le nuage, à l’origine des précipitations, va au contact de la carlingue geler instantanément, provoquant le givrage de l’appareil. C’est ce même phénomène qui expliquerait l’anecdote des chevaux du lac Ladoga: des chevaux fuyant un incendie lors du siège de Léningrad en 1942 se seraient jetés à l’eau pour se protéger du feu. L’eau du lac, surfondue, aurait alors gelé, emprisonnant les équidés. Les pluies verglacantes sont encore une autre illustration.

Un nouveau pas à toutefois été franchi dans la compréhension de la surfusion, grâce à une expérience réalisée au C.E.A., et relatée dans la revue Nature. Dans cette expérience, la surfusion est amplifiée par l’emploi d’un substrat (le solide sur lequel on pose la goutte surfondue) bien précis. En effet, une des théories qui sous-tend la surfusion tient à la structures des molécules d’eau à l’état liquide: celles-ci sont très nombreuses à s’organiser en pentagones. Or, le passage à l’état solide suppose que vous remplissiez tout l’espace avec le même motif, répété encore et encore. Si ce remplissage est possible avec des triangles, des carrés ou des hexagones, ce n’est pas possible avec des pentagones (regardez par exemple la structure d’un ballon de foot).

En employant un substrat constitué d’un alliage d’or et de silicone, les chercheurs ont pu forcé les molécules d’eau au contact à adopter un certain type de forme. Ils ont ainsi pu montrer que si l’on forçait la configuration pentagonale, la surfusion est particulièrement présente. En revanche, les effets disparaissent lorsque le liquide est forcé à adopter une configuration triangulaire.

Outre l’avancée dans la compréhension du phénomène, on peut penser à certaines applications, notamment aéronautiques, pour éviter le givrage des ailes d’avions par exemple, au moyen d’un enduit augmentant les capacités de surfusion.

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L’attaque des plantes mort-vivantes.

La survie en conditions hostiles évoque en général, au choix, Denis Brogniart ou certaines bactéries dites extrêmophiles, suivant le niveau d’intérêt pour les micro-organismes. On associe rarement les plantes à ce concept, et de nombreux jardiniers de salon incapables de maintenir en vie un cactus plus de trois jours comprennent pourquoi. Mais c’est parce que souvent, on ignore le monde du Polypode polypodioïde (Pleopeltis polypodioides sur son carnet de baptême), surnommée par nos amis anglo-saxons la « fougère réssuscitante ».

Où arrêtera t on les biotechnologies?

Et cette fougère a en effet une capacité très étonnante: elle est capable de survivre malgré un manque d’eau conséquent. Elle peut survivre à la perte de 95% de l’eau qu’elle contient (un humain peut très difficilement dépasser 20%, si c’est même possible), et reprendre sa vie une fois réhydratée. Ce sont les causes de cette propriété exceptionnelle qu’expose une équipe italo-américaine dans l’American Journal of Botany.

En combinant trois techniques, le western blot, l’immunolocalisation et la microscopie à force atomique, les chercheurs ont découvert qu’une classe de protéines, les déhydrines, qui sont capables grâce à leur charge électrique de capturer et garder l’eau, sont non seulement en grand nombres pendant les périodes de sécheresse, mais quelles se trouvent proches des parois cellulaires. Se trouvant donc entre la paroi cellulaire et la membrane, ces protéines et l’eau qui les entoure agissent comme une sorte de lubrifiant, empêchant des frictions trop importantes avec les changement de volume (elles agissent de même entre les parois cellulaires de différentes cellules). Ce rôle de lubrification permet aux cellules de ne pas subir de dégâts irréparables pendant les périodes de sécheresse.

On peut imaginer, une fois le (ou les) gène(s) codant la production et la régulation des déhydrines isolé(s), un transfert de ces portéines  d’autres plantes par des techniques de (attention, faucheurs, détournez les yeux) transgénèse. On pourrait ainsi améliorer la résistance des plantes au stress hydrique, permettant de faire pousser certaines plantes (le maïs, par exemple) dans des conditions plus défavorables. La fougère livrera peut être une des clés pour une des grandes promesses des biotechnologies.