Biomimétisme et tortues

Biomimétisme et tortues : saviez-vous que les propriétés de la carapace des tortues ont inspiré des skis plus performants ? Animaux fascinants par bien des aspects, découvrons ensemble quelques secrets sur ces reptiles familiers mais peu connus qu'il devient urgent de protéger de l'extinction.


Les tortues, familières et peu connues

Les tortues nous semblent des animaux bien familiers. Mais derrière cette proximité se cachent des créatures fascinantes par leur histoire, leur diversité et ce qu’elles peuvent offrir à la science et à l’innovation !

On estime que les tortues sont apparues il y a un peu plus de 200 millions d’années. Un des genres les plus anciens connus est Proganochelys, une tortue qui vivait en eau douce, comme la plupart des tortues actuelles. En effet, cela peut paraître surprenant, mais au-delà des tortues terrestres et marines que tout le monde connaît, la majorité des tortues vivent dans les lacs et rivières ! On estime que 75 % des tortues du monde sont des espèces d’eau douce. Elles ont en général des pattes légèrement palmées et une carapace plus plate que leurs cousines.

A contrario, on ne dénombre aujourd’hui que 7 espèces de tortues marines. C’est pourtant parmi ces dernières qu’on compte les plus gros spécimens actuels et disparus. Ainsi, la plus grande tortue moderne est la tortue-luth, une espèce marine pouvant atteindre 2,2 m (quatrième plus gros reptile du monde). Et la plus grande ayant vécu sur Terre à notre connaissance est Archelon, qui vivait à l’époque des dinosaures et pouvait dépasser 4 m de long !

Les tortues terrestres, elles, sont connues pour leur longévité. Les tortues géantes des Seychelles ou des Galapagos peuvent vivre plus de 150 ans, comme le montrent certains spécimens comme “Harriet” ou “Jonathan” que l’âge a rendus célèbres.

Mais ce qu’il y a de commun à toutes ces tortues, c’est bien leur carapace, à l’aspect si reconnaissable. Ce que l’on sait moins, c’est que cette carapace fait partie du squelette de la tortue ! Sa colonne vertébrale soutient la carapace, et les plaques qui la composent sont des plaques osseuses. Elles sont recouvertes de corne et de kératine afin d’assurer la protection de l’animal. La tortue luth (toujours elle) fait figure d’exception : les plaques de sa carapace sont recouvertes de cuir, ce qui lui donne une apparence légèrement différente.

La tortue luth, plus grande tortue du monde

Les tortues, des merveilles d’ingénierie

La carapace a de multiples fonctions, par exemple aider la tortue à conserver sa chaleur. Mais sa fonction principale reste de protéger son corps. A cette fin, la carapace des tortues est une merveille de résistance aux chocs, à la compression et aux fissures !

La carapace des tortues terrestres est constituée de nombreuses plaques osseuses imbriquées entre elles comme les pièces d’un puzzle. Ces plaques peuvent coulisser les unes contre les autres, afin de conférer un peu de souplesse à la carapace et de faciliter la respiration de la tortue. Mais confrontées à une force ou un choc extérieur, ces plaques viennent pousser les unes contre les autres et rigidifier l’ensemble de la carapace. Une aubaine pour le biomimétisme !

Ce principe a été utilisé par le fabricant de skis suisse Stöckli afin de concevoir une gamme de skis à rigidité variable. En effet, les skis doivent être souples en ligne droite afin d'améliorer leur maniabilité, mais ils doivent être rigides dans les virages afin d’accrocher au mieux la neige. Auparavant, les skieurs devaient faire un choix : sacrifier la maniabilité, ou la performance. Mais en mars 2016, une collaboration entre l’EPFL, l’Institut pour l’étude de la neige et des avalanches de Davos et Stöckli a abouti à la technologie “Turtle Shell”, qui permet de combiner souplesse et rigidité en un seul ski. Le principe est le même que celui des écailles de la tortue : deux plaques rigides sont séparées par une fine bande souple, et peuvent bouger librement l’une par rapport à l’autre. Le ski est donc souple. Cependant, lorsqu’un effort important est appliqué sur le ski (donc dans les virages), les deux plaques viennent au contact l’une de l’autre, ce qui rigidifie le ski. Et le tour est joué ! Cette courte vidéo (en allemand) du fabricant illustre le principe de fonctionnement de ce ski.

De manière générale, sport et biomimétisme font bon ménage !

Les skis sont soumis à des efforts importants dans les virages !

Tout comme leurs consoeurs terrestres, les tortues marines peuvent servir de source d’inspiration biomimétique. De façon générale, de nombreuses innovations en biomimétisme sont inspirées des animaux marins, comme montré dans cet article.

Un mécanisme qui intéresse beaucoup la R&D est la nage des tortues marines. Grâce à leurs quatre nageoires qui les propulsent, elles évoluent dans l’eau avec un très grand contrôle sur leur direction pour peu d’énergie dépensée. Plusieurs projets se sont inspirés de la tortue pour concevoir des robots sous-marins maniables, silencieux et sans danger pour l’environnement, ce qui n’est pas le cas des hélices.

Par exemple, un collectif étudiant de l’ESTACA développe un robot nommé Green Turtle qui a pour but de collecter les déchets dans les ports. Cela permet d’éviter aux déchets de se retrouver dans le grand bleu, et également de limiter la pollution des océans de manière non invasive.

Dans le même esprit, une équipe de chercheurs de l'université de technologie de Tallinn, en Estonie, a développé le robot U-CAT. Celui-ci a été financé dans le cadre du projet européen ARROWS - ARchaeological RObot systems for the World’s Seas - et sert à l’exploration d’épaves. Grâce à ses nageoires, il peut manoeuvrer beaucoup plus facilement qu'un robot avec un propulseur classique. De plus, son mode de propulsion très doux lui permet de ne pas remuer le limon, qui obstruerait sa vision. La nage des tortues inspire donc des robots sobres, très manoeuvrables, et qui ne perturbent pas leur environnement.

Robot U-CAT © Centre de biorobotique, université de technologie de Tallinn

Les tortues, merveilleuses mais menacées

Malgré leur grande longévité, les jours des tortues sont comptés. D’après l’Union Internationale pour la Conservation de la Nature, en 2004, 42 % des espèces de tortues étaient menacées d’extinction. Ce chiffre n’a malheureusement pas diminué depuis. Et, sans surprise, c’est l’homme qui représente la plus grande menace pour les tortues. Les tortues marines sont victimes de pêche accidentelle ou de braconnage, et les hommes détruisent les biotopes et les zones de reproduction d’une très grande partie des tortues, que ce soit terrestres, marines ou d'eau douce. De plus, la pollution plastique entraîne de nombreuses morts par ingestion, ce qui fragilise encore plus les populations de tortues.

Enfin, le contexte de réchauffement climatique modifie les conditions de croissance des tortues et affecte notamment la détermination de leur sexe (qui est lié à la température), et donc la fertilité des populations. Ainsi, si la température est trop élevée, il y a un risque de n’avoir que des femelles dans la portée.

Pourtant, il nous reste tant à apprendre des tortues ! Elles inspirent des innovations sobres et efficaces dans de nombreux domaines. Il est primordial de préserver ce vivier que représente la nature et la biodiversité pour développer les usages et les solutions de demain.