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La science des super-héros

Laetitia MESPOUILLE • info@curiokids.net

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Ils font l’admiration des petits comme des plus grands. Ils occupent une place de choix dans les sorties cinéma, les fêtes d’anniversaire de nos enfants, dans la littérature de science-fiction. Ils représentent le courage, le sens de la justice et surtout… les supers-pouvoirs !

Qui n’a jamais rêvé de voler ? Ou d’être invincible ? De créer des orages, de lire dans les pensées ou de prédire l’avenir ? D’avoir un marteau magique ou un bouclier boomerang ? Ces héros de comics ou de films inspirent les scientifiques depuis longtemps pour créer des outils technologiques capables de nous rendre plus forts, d’améliorer notre confort de vie ou de simplement défier les lois de la nature. Une nature qui nous réserve d’ailleurs de nombreuses surprises avec ses propres et surtout vrais super-héros à 4 pattes, à poils ou à plumes aux «super-pouvoirs» exceptionnels et surprenants…

Comme Spider-Man

Dans le film Spider-Man, Peter Parker arrête un train rempli de passagers lancé à toute vitesse avec… ses toiles d’araignée ! Penses-tu qu’elles peuvent arrêter un train sans se rompre ? Bonne question ! Les scientifiques ont découvert qu’un fil de soie d’araignée d’une épaisseur d’1 mm pouvait soulever 5 kg ! Ce super matériau se compose de différentes protéines qui assurent à la fois sa rigidité et sa souplesse. C’est de là que vient sa résistance. Mais revenons-en à notre train. Des étudiants ont calculé que pour arrêter le même train que dans le film, il fallait exercer une force de 30 000 Newton. De plus, pour que le fil ne casse pas, il doit avoir une résistance à la rupture de 3,12 gigapascals. Dans le règne animal, il existe une toute petite araignée à Madagascar capable de produire un fil 4 fois plus résistant (jusqu’à 12 gigapascals). Elle s’appelle Caerostris Darwini. À ce jour, cette soie est le biomatériau le plus résistant au monde. Scientifiquement, l’homme araignée aurait donc pu arrêter ce train s’il avait ces toiles ultra-résistantes.

Comme Magneto

Magneto est un mutant, ennemi des X-Men, capable de ressentir la présence du métal et contrôler le champ magnétique. Sa puissance est telle qu’il réussit à manipuler les pôles du champ magnétique terrestre, ce qui lui a permis de semer la destruction à l’échelle mondiale. Plus fou encore, il utilise également les champs magnétiques pour flotter dans l’air, donnant ainsi l’impression de «voler». Bien que ce soit pure fiction, la magnétoréception existe bel et bien chez les animaux. Ce phénomène a été démontré en 1960 lors d’une étude menée sur des oiseaux. Ceux-ci semblent utiliser les lignes de champ présentes autour de la Terre pour s’orienter et déterminer leur trajectoire de vol à l’image d’un GPS. Ce mécanisme se trouverait dans leurs yeux, plus précisément dans la rétine, ou dans leur bec. Les champs magnétiques semblent également agir sur leur comportement en influençant leur migration.

Mais cette capacité d’orientation ne se retrouve pas uniquement chez les oiseaux. Des chercheurs ont découvert que les mammifères et les reptiles l’utilisaient également. Par exemple, ils ont observé que 2/3 des bovins se couchent et broutent en se tournant vers le nord-est ou que les chiens faisaient leurs besoins dans l’axe des pôles magnétiques. Qui sait si nous ne sommes pas nous aussi influencés par le champ magnétique terrestre ?

Comme Colossus

Bien des personnes parmi les forces de l’ordre rêveraient d’avoir une peau «pare-balle» comme celle de Colossus. Toujours dans la saga X-Men, il est un mutant doté d’un don extraordinaire: sa peau se transforme en acier. Plutôt pratique en cas d’attaque. Ce super-pouvoir est le fruit de l’imagination débordante de Stan Lee, le créateur des personnages Marvel. Car notre peau ne peut pas se transformer soudainement en acier, qui est ce qu’on appelle un alliage. Il se compose majoritairement de fer et d’une faible quantité de carbone (entre 0,02 et 2% en masse). Avant même que nous puissions envisager de devenir des mutants, une artiste a travaillé avec des chercheurs pour créer de la peau impénétrable. Pour y arriver, elle a utilisé de la soie d’araignée produite en laboratoire, qu’elle a inséré dans un échantillon de peau. Quelle ne fut pas sa surprise quand elle réalisa que sa peau «modifiée» pouvait arrêter des balles de fusil d’un 22 Long Rifle !

Un animal pourrait bien rivaliser avec Colossus: le tatou. Ce mammifère court sur pattes est pourvu d’une carapace très solide, constituée de plaques osseuses et recouverte de kératine. Elle leur permet entre autres de se cacher sous les buissons épineux sans se blesser. Trop fort ce tatou !

Comme Raiponce

Héroïne pas comme les autres, elle possède une longue chevelure magique capable de soigner maladies et blessures. Ses cheveux sont si résistants qu’ils servent d’échelle à la sorcière qui la retient captive en haut d’une tour. Cependant, Flynn Rider le brigand qui vole à son secours, emploie le même stratagème pour la rejoindre. Bien qu’il s’agisse d’un dessin animé, nos cheveux sont plutôt solides. Savais-tu qu’il suffisait de 750 cheveux pour soulever un adulte de 80 kg ? Sur ton crâne, tu en as bien plus. Un être humain possède environ 50 000 à 100 000 cheveux. Pour autant, pourrions-nous nous en servir comme Raiponce ? Pas vraiment ! Car nos cheveux tiennent au crâne grâce aux follicules pileux. Tu t’es sûrement déjà aperçu qu’il suffisait d’un coup de brosse pour en arracher quelques-uns. Aussi, si le cheveu en lui-même est résistant, ce n’est pas le cas de la racine. Ils ne peuvent donc pas servir d’échelle. De plus, les cheveux poussent lentement: 1 cm par mois. Il faudrait très longtemps avant qu’ils soient assez longs !

Le truc de ouf !

LA GRENOUILLE WOLVERINE

Il existe bel et bien une petite grenouille Wolverine. Grâce à ses griffes rétractiles, elle est capable de se défendre contre les méchants. Il s’agit de la grenouille Trichobatrachus Robustus, découverte en 1900 par le zoologue belge George Boulenger, lors de son expédition au Congo. Chez ces batraciens, autant les mâles que les femelles possèdent des griffes rétractiles, mais uniquement sur les membres postérieurs. Ces griffes sont des prolongements des os. Leur composition est donc différente de celle des ongles, qui comme on le sait, sont à base de kératine. Ces phalanges aiguisées percent les petits coussinets des pattes de la grenouilles lorsqu’un danger se présente. Des petits muscles favorisent l’expulsion des griffes. Une fois le danger passé, les griffes se rétractent et la peau de la grenouille se ressoude. Le plus amusant, c’est qu’elle est aussi poilue que Logan Wolverine !

Comme Carl Fredricksen

Dans le dessin-animé Là-Haut, Carl Fredricksen est sur le point de perdre la jolie maison qu’il avait rénové avec Ellie, sa femme. Mais il ne se dégonfle pas face aux démolisseurs. Sa solution ? Accrocher des milliers de ballons à la cheminée pour la faire décoller. Faire voler une maison avec des ballons peut te sembler être un projet complètement dingue. Et pourtant, c’est mathématiquement possible. D’abord, il faut que les ballons soient gonflés à l’hélium. L’hélium est un gaz incolore et inodore qui a la propriété d’être plus léger que l’air. Si bien que si tu lâches la ficelle, il s’envole vers le ciel. Sache qu’1 litre d’hélium peut soulever 1 gramme. Donc si tu prends des ballons d’une capacité de 14 litres, ils pourront soulever 14 grammes. Mais une maison, c’est beaucoup plus lourd. Pour une maison par exemple de 70 tonnes, combien de ballons de 14 litres faudra-t-il pour la soulever ? Si tu fais le calcul, il te faudra y accrocher 5 millions de ballons ! C’est énorme !!! Et si tu calculais le nombre de ballons qu’il te faudrait pour te faire voler ?

BIG DATA

50 000 à 100 000

c’est le nombre de cheveux que nous avons sur la tête

340 m/s

c’est la vitesse du son dans l’air à 20°C

6 millions

c’est le nombre de sétules que possède le gecko par patte

19 kg

c’est ce que devrait peser le marteau de Thor s’il était composé de Uru, un métal fictif d’Asgard, son royaume natal

ACTU science:

Du vibranium… ou presque !

Le vibranium est le métal composant le bouclier de Captain America, ou encore le costume de Black Panther dans l’univers Marvel moderne. Venu de l’espace, ce métal fait la richesse du Wakanda, le royaume de Black Panther situé en Afrique. Grâce à lui, les super-héros peuvent encaisser des chocs hors-normes lors des combats. Ça fait rêver, non ? Mais le vibranium n’existe pas sur Terre. Néanmoins, des matériaux s’en rapprochent. Citons par exemple le graphène, qui se compose de carbones positionnés sur un même plan. Comme s’ils formaient une feuille. Très fin, il est particulièrement flexible, et des centaines de fois plus résistant que l’acier.

Le Carbure de tungstène est un autre exemple. Sa formule chimique est WC. Ça ne s’invente pas ! Ce matériau figure parmi les plus durs et les plus résistants à la compression. Il est d’ailleurs utilisé pour concevoir des munitions anti-char. Durant la seconde Guerre mondiale, les Allemands l’employaient déjà.

Le selfie du jour

LE GECKO, L’ESCALADEUR DE MURS

Peter Parker, encore lui, a la faculté de grimper au mur en défiant toutes les lois de la physique. Mais penses-tu que la sympathique araignée du quartier soit la seule à pouvoir en faire autant ? Et non ! Le gecko, une salamandre toute mignonne, a suscité la curiosité des scientifiques pour ces raisons précises. Le gecko, c’est donc Spider-Man version lézard. Elle grimpe aux murs, marche au plafond, elle fait tout sauf tisser des toiles. Mais comment fait-il pour se déplacer aussi vite sur des surfaces lisses ? A-t-il de la glue sous les pattes ? Non, le gecko a des micropoils sous les orteils. Ceux-ci sont appelé sétules. Elles permettent au gecko d’adhérer sur toutes les surfaces, même le verre. Le pouvoir d’adhésion est tel qu’un gecko pourrait soutenir 133 kg sans tomber. Suivant la pression qu’il applique avec ses pattes, celles-ci peuvent se coller et se décoller très vite, permettant au lézard de filer comme une flèche sur les murs. Ce phénomène s’appelle l’effet Casimir.

Quand le gecko inspire les scientifiques

Quand l’homme imite la nature, on parle de biomimétisme. Et c’est le cas de Elliot Hawkes de l’Université de Stanford qui expérimente un nouveau matériau adhésif, testé sur les murs de l’université. La panoplie se compose de gants composés chacun de 24 lamelles. Chacune est recouverte de micro-poils de polymères. Comme chez le gecko, ces adhésifs s’activent ou se désactivent suivant la pression exercée. Ce dispositif peut soulever jusqu’à 90 kg.

On pourrait trouver plusieurs utilités à cette invention, si elle venait à pouvoir porter des charges plus lourdes. Les ingénieurs collaborent ainsi avec la NASA, l’agence spatiale américaine. L’objectif serait de donner cette force d’adhésion aux bras robotiques accrochés aux vaisseaux spatiaux. Ils pourraient s’agripper délicatement aux débris spatiaux comme les panneaux solaires, et ainsi les diriger vers une orbite cimetière. Malin non ?

Le savais-tu ?

COMBIEN DE BURGERS DOIT MANGER CAPTAIN AMERICA POUR FAIRE SON JOB DE SUPER-HÉRO ?

Grâce au sérum du docteur Erskine, Steve Rogers est devenu Captain America, le premier Avenger. Il est désormais très musclé et beaucoup plus grand qu’avant. Il est doté d’une force et d’une agilité impressionnantes. Pour entretenir ses muscles et sa force, ainsi que pour pouvoir battre les super-vilains, le héros doit s’entrainer et bien manger. Combien de calories Captain America doit-il manger ?

Un adulte normal doit environ consommer l’équivalent de 2000 kcal pour tenir une journée. Mais pas notre Captain. Selon une étude sérieuse réalisée par Stanley Brown, Captain America consomme environ 1,9 kcal/min au repos. Pour faire simple, notre super-héro doit consommer environ 8 000 kcal par jour. C’est sans compter l’énergie supplémentaire qu’il brûle en menant ses activités de super-héro. Il en faut de l’énergie pour lancer son bouclier à répétition et pour combattre des ennemis venus d’un autre monde. Cependant, tu ne le vois pas se goinfrer à l’écran. Il se peut que le sérum de supersoldat aide son tube digestif à assimiler plus vite les aliments. Il faut savoir que pour nous, seul 20% de ce que nous consommons nous apporte de l’énergie. Le reste est perdu sous la forme de chaleur. Chez Steve Roger, la digestion est certainement plus efficace au point qu’il assimile bien plus que 20% des aliments consommés.

8000 kcal, ça fait combien de burgers ?

Un hamburger d’une célèbre chaine de fast-food fait environ 254 kcal. Captain America doit donc consommer 31 burgers par jour pour tenir le rythme. S’il veut manger sainement, ça lui fait 148 pommes de 100g. Il a intérêt à planter des pommiers !

Les calories, tes meilleures amies ?

Notre corps a besoin d’énergie pour remplir ses fonctions vitales comme respirer, réfléchir, digérer et satisfaire ses dépenses énergétiques supplémentaires quand tu fais du sport, quand tu joues ou quand tu apprends. Notre corps brûle toute une série de choses, comme les protéines, le sucre et la graisse. Cette consommation génère de l’énergie qui est mesurée en calorie. Evidemment, si tu consommes ton énergie, tu dois compenser cette perte en lui apportant une nouvelle source d’énergie. C’est pour cela que nous avons faim et que nous mangeons et buvons plusieurs fois dans la journée. Les calories sont l’énergie présente dans notre alimentation. Elles se mesurent habituellement en kilocalories. 1 kilocalorie, ou 1 kcal, est égal à 1 000 calories. Par exemple, une banane contient environ 100 kilocalories, mais une pizza au salami peut contenir jusqu’à 1 000 kcal.

LE P’TIT DICO

La Filière est un petit appendice en forme de tige situé sur l’abdomen de l’araignée.

Un Alliage est, en métallurgie, un mélange de plusieurs éléments chimiques, dont le principal constituant est un métal.

Le Follicule pileux est la cavité dans laquelle le poil prend naissance.

La Rétine est la membrane située au fond de l’œil, capable de récolter les signaux lumineux et de les communiquer au cerveau sous la forme d’un signal électrique

Le Biomimétisme consiste à s’inspirer de la nature pour créer de nouvelles choses basées sur la biologie et les technologies.

L’ÉCHOLOCALISATION DE DAREDEVIL

KESAKO ?

Daredevil est un super-héros aveugle et pourtant très habile. Ses réflexes sont inouïs et il se déplace sans peine malgré la perte de la vue. Mais il a un secret: il utilise le principe de l’écholocalisation, une sorte de super radar pour se repérer dans l’espace et frapper efficacement ses ennemis. Le principe repose sur «l’écho». Comme la chauve-souris: pour dénicher sa proie, elle pousse un cri, appelé onde sonore, qui se propage dans l’air pour atteindre un obstacle, un papillon de nuit par exemple. Lorsque le son ricoche sur l’insecte, il revient vers la chauve-souris sous la forme d’un écho.

Cet écho est reçu par les oreilles de la chauve-souris qui en retire des informations importantes, comme la distance ou la taille de l’insecte. En gros, la chauve-souris perçoit sa proie avec sa bouche et ses oreilles. Elle a donc besoin d’être attentive car si elle n’écoute pas, elle ne mangera pas. Si ça fonctionne bien pour la chauve-souris, c’est parce que le son voyage très vite dans l’air. Comme Daredevil, elle utilise l’écholocalisation, mais pas uniquement. Son ouïe est extrêmement fine, ce qui la rend supérieure aux autres animaux.

LA CHAUVE-SOURIS ET LES AUTRES

De nombreuses espèces du monde animal utilisent ce sonar biologique. Les plus connues sont les chauves-souris, les baleines, les dauphins et les hirondelles. Plus de 1 000 espèces ont recours à l’écholocalisation pour chasser.

Ces animaux ont plusieurs points en commun: ils vivent dans un environnement sombre car soit ils sont nocturnes, soit ils vivent sous terre, dans des grottes, des galeries ou dans le milieu marin. Ils doivent donc compter sur l’écholocalisation pour trouver de la nourriture dans un environnement avec peu ou pas de lumière.

ET L’HUMAIN ?

L’écholocalisation n’est pas un don réservé aux animaux ou aux héros de Marvel. De nombreuses personnes aveugles réussissent à «voir» en utilisant l’écholocalisation de manière identique aux chauves-souris: elles produisent des clics qui rebondissent sur les objets et leur renvoient une image de leur environnement. Et contrairement à ce que certains disent, les personnes aveugles n’ont pas une meilleure ouïe. Elles utilisent simplement mieux leurs autres sens. Mais quand elles utilisent l’écholocalisation, les parties du cerveau qui sont associées à la perception visuelle chez les personnes voyantes deviennent extrêmement actives, ce qui leur permet d’obtenir des informations que les personnes voyantes n’ont pas. Ces parties sont appelées le cortex visuel. En plus du son, cette façon de «voir» peut s’étendre au toucher. C’est le cas de Erik Weihenmayer, un Américain qui a perdu la vue à l’âge de 13 ans à cause d’une maladie. Celui-ci utilise l’ouïe, le sens du toucher et son odorat. Ses informations sont transmises à son cortex visuel. Ce qui lui a permis de repousser ses limites. Il est aujourd’hui la seule personne aveugle à avoir escaladé les plus hauts sommets du monde.

Ton p’tit LABO

Une expérience à faire avec Curiokids:

«Fabriquede la plasticine interstellaire»