Pr

1
Comment bouger sans muscle ? ou la physique
des plantes carnivores
Yoël Forterre IUSTI, PolytechMarseille, CNRS
UMR 6595
2
Pollinisation, dispersion de graines
Mécanismes de défense
Nutrition (plantes carnivores)
3
Mouvement explosifs (concombre dâne, Impatience)
Extrait de  The Private Life of Plants  doc.
BBC
4
Sensitive (Mimosa Pudica)
Film temps réel (R. P. Hangater, Université
Indiana)
5
Dionée (Dionaea muscipula)
the most wonderful plant in the world

C. Darwin
Film temps réel
6
Nématode (champignon !)
Film INRA Montpeller, André Selosse
7
Questions
1) Perception et transmission du signal ?
2) Mécanisme pour le mouvement ?
3) Mouvement  rapide  ? Contraintes
physiques/mécaniques
Illustration plante carnivore Dionée
8
Percevoir et transmettre sans nerf
C. Darwin (1875)
J. Burdon-Sanderson (1873)
J.C. Bose (1901-1930)
Davies, New Phytologist (2004)
9
Propagation (10 cm/s)
Potentiel daction
Cellules mécano-transductrices
10
et bouger sans muscle
paroi
P
P10-100 Bar !
 Cellule végétale  ballon gonflé 
Mouvements rapides variation de pression
osmotique
Hill et Findlay, Q. Rev. Biophys. (1981)
11
Exemple ouverture et fermeture des stomates
stomate
Franks et al, Plant Physiol. 2001
12
Contraintes physiques sur les mouvements
Quest-ce quun mouvement rapide ?
Idée Jan Skotheim (Rockefeller Institute)
1) Mouvement deau limité par le temps
poroelastique

• L taille du tissu
• viscosité (Pa.s)
• k perméabilité (m2)
• E module dYoung (Pa)
• r densité (kg/m3)

13
Contraintes physiques sur les mouvements
Quest-ce quun mouvement rapide ?
Idée Jan Skotheim (Rockefeller Institute)
1) Mouvement deau limité par le temps
poroelastique

• L taille du tissu
• viscosité (Pa.s)
• k perméabilité (m2)
• E module dYoung (Pa)
• r densité (kg/m3)

2) limite ultime temps inertiel
14
Skotheim, Mahadevan Science (2005)
15
Exemple plante carnivore Dionée
Caméra rapide, 150 images/s
Caméra rapide, 2000 images/s
16
Une instabilité de flambage élastique ?
17
Expérience
miroirs
Caméra rapide
Lumière UV
ouvert
fermé
t (Dt0.04 s)
18
Courbure moyenne km(k1k2)/2
Courbure de Gauss kgk1k2
3 phases du mouvement
accumulation et libération dénergie élastique
19
Mesure des déformations en surface
microscope
vernis à ongle
moule polymère
20
Champs de déformation associé à la fermeture
- surface externe extention anisotrope (5-10 )
- Surface interne pas de déformation ( lt 1)
21
Courbures naturelles kxn and kyn
x
dissection dans létat final libère les
contraintes géométriques
y
seul kxn change lors de la fermeture
22
Mécanisme de fermeture un flambage élastique
Le système change activement kxn
MAIS feuille coque doublement courbée
Barrière dénergie élastique détirement
instabilité
lent
rapide
état ouvert
état fermé
23
Modèle de coque élastique statique

• feuille coque élastique mince
• (épaisseur h, taille L,
  courbures kx ky)

- paramètre contrôlé par la plante kxn
24
a gt ac
a lt ac
25
Vitesse de fermeture en fonction du paramètre a
a
26
Une forme optimale ?
a
Feuille typique a (1cm)4(0.1cm-1)2/(0.1cm)2 1
27
(No Transcript)
28
Quest-ce qui contrôle le temps de fermeture ?
Air ?
Inertie ?
L 1 cm, h 0.5 mm, k 10 m-1, r 10-3 kg/m3, E
10 MPa
Frottement interne Mouvement deau ?
29
(No Transcript)
30
Temps poroélastique
(équilibre forces)
1)
2)
(loi de Darcy)
(conservation masse)
3)
Dionée tp 0.1-1 s
31
Forterre et al. Nature (2005)
32

• Mouvements actifs (pression osmotique ?
• croissance
  ?)
• - Instabilités élastiques

une alternative au mouvement musculaire ?
33
et la suite
physique des mouvements actifs ?
Mécanique des fluides à léchelle de la cellule
microscope
transduceur de pression
cell
capillaire
micro-sonde de pression
(Steudle, Université de Bayreuth)
biomimétisme
34
collaborations
Jan Skotheim (Rockefeller Institute, New-York)
Jacques Dumais (Harvard, Cambridge)
L. Mahadevan (Harvard, Cambridge)
Bruno Moulia et Hervé Cochard (INRA,
Clermont-Ferrand)
Herynanja Rasamoely (Ecole de lair, Salon)