Bonjour,

Je viens de finir un exercice niveau spé. Physique, mais j'ai un doute sur la compréhension de l'énoncé donc sur la véracité de mes calcules et réponses.

Voici l'énoncé :
Une étude récente entreprise aux USA, entreprise par Autumn et ses collègues de l'Université de Berkeley, fait apparaître que le gecko, un lézard qui vit dans les régions tropicales, est capable de se mouvoir sur n'importe quelle surface lisse verticale ou sous un plan horizontal tout aussi lisse, par la seule action des forces de Van der Waals. Baptisées du nom d'un physicien hollandais de la fin
du XIXe siècle, ces forces sont des interactions de très courte portée qui naissent des phénomènes d'attraction électromagnétique, liés aux fluctuations extrêmement rapides des distributions électroniques autour des noyaux atomiques. Les pattes du gecko (qui ne porte pas de griffes comme ses cousins de nos pays tempérés) sont terminées par cinq doigts dont l'observation au microscope électronique
à balayage fait apparaître qu'ils présentent chacun environ 6 000 poils de kératine par millimètre carré, qui se divisent à leur terminaison en 750 soies environ. Au total, ce lézard possède un nombre considérable de soies qui lui assurent à la fois suspension et progression. Lorsqu'une patte est en contact avec une paroi lisse, la surface de contact est équivalente à un carré de 15 mm de côté. Si l'on suppose que chaque liaison crée une force d'attraction de l'ordre de 20 nanonewtons conformément aux estimations récentes, le lézard peut ainsi supporter une masse de 2 kilogrammes, alors qu'il ne pèse lui-même pas plus de 200 à 300 grammes. Le problème est de trouver le moyen (harnais, ceinture) d'accrocher le poids afin de vérifier l'estimation !

Il ne s'agit pas ici, à proprement parler, de collage puisqu'il n'y a pas intervention d'un troisième corps. On cite souvent cet exemple car les forces de Van der Waals interviennent de manière prépondérante dans les phénomènes d'adhésion. On pense que la technologie « naturelle » utilisée par le gecko permettrait de réaliser des nanosutures chirurgicales. D'ailleurs, une étude récente, menée par Geim, a permis de réaliser à l'aide de polyimide, un polymère synthétisé dès la fin des années 1960, un ruban adhésif comportant des poils de 2 micromètres de long environ qui jouent le même rôle que les soies de kératine du gecko. Ce ruban pourrait être utilisé également pour la préhension de nano-structures.

Malgré ses bonnes performances (1 mètre carré devrait suffire à coller un éléphant au plafond !), ce matériau n'égale pas encore les pattes du gecko. En effet, le lézard peut s'attacher et se détacher d'une surface plus de 15 fois par seconde : la façon dont il contrôle son adhésion reste encore à comprendre et à reproduire.

On nous donne aussi quelques photos de la structure des pattes de gecko.

1)À partir des indications données dans le document 1, vérifier la valeur numérique en gras du document 1 (…masse de 2 kilogrammes…)
(rappel : intensité de la pesanteur g = 10N.kg-1).
Ma réponse :
On calcule la force exercé par les quatre pattes du gecko :
Nbre de poils de kératine sur 1 mm²= 6000
Nbr de terminaisons en soies par poil= 750
Force d'attraction exercé par chaque terminaisons= 20 nN
Surface totale des quatre pattes= 15²*4=900 mm²
(6000*750*20)*900= 8,1.10^10 nN= 81 N
On calcule la masse équivalente à ce poids :
g=p/m m= p/g  où g=10 N.kg^(-1),p est en N et m est en kg
m= F/g= 81/10= 8 kg
Je trouve donc une masse de 8kg.

Mon problème vient de la compréhension de la question, quand on demande de vérifier une valeur numérique est ce que cela implique forcément qu'elle soit juste ?
Mes calcules me parraissent correctes donc il est possible que j'ai mal utilisé les valeurs données dans le texte.

2)Les forces de cohésion entre le gecko et la paroi sont impressionnantes. Mais
alors, comment fait-il, à votre avis, pour décoller ses pattes plus de 15 fois par
seconde ?
Ma réponse :
Les forces de Van der Waals, sont l'unique raison pour laquelle les geckos peuvent rester suspendus sur des surfaces horizontales verticales lisses. Cette force met en jeu des interactions électrostatiques entre les soies des pattes du gecko et les surfaces.
Si le gecko peut supporter une masse de 8 kg seulement grâce une incroyable adhérence, comment fait-il pour inverser cette force en décollant ses pattes plus de 15 fois par second ?
Les poiles et soies des pattes de gecko sont orientable, seul un certain angle permet l'adhésion et le fonctionnement des forces de Van der Waals. Dès lors que le gecko change l'orientation de ses poils, les forces d'adhésion sont rompues et l'animal peut se déplacer aisément et même courir sans dépenser une forte quantité d'énergie de traction.

Je ne suis vraiment pas sûr de cette réponse, je n'ai aucun élément sur les geckos dans mon cours, alors d'après mes recherches j'ai supposé que ce n'etait qu'une question d'angle.

Malgrè que l'exercice soit très facile, je sollicite tout de même votre aide pour vérifier mes calcules et m'expliquer comment interpréter correctement l'énoncé.

Cordialement,

Spartan.