Manchot Pygmée ou « Eudyptula minor » (John Denman)

Les révoltes éclatent un peu partout, le prix du pétrole s’enflamme, et on n’arrive même plus à suivre l’emploi du temps des ministres pendant leurs vacances. Le monde part en sucette. Heureusement, la science nous apporte son lot de bonnes nouvelles. Voyez vous-mêmes : on sait enfin pourquoi les manchots sont bleus. Pas les pingouins ! Les manchots.

Ne pas confondre panchot et mingouin

Comment différencier les deux familles d’oiseaux ? Facile. D’abord, les manchots jouent au cinéma : ils furent les héros d’un film animalier à succès, et on les retrouve dans plusieurs films et dessins animés où on les appelle à tort des pingouins. Le Jasper du film éponyme, le Cody des Rois de la Glisse, le méchant combattu par Batman... aucun pingouin là-dedans.

Que des manchots, et même pire : Cody est en fait un gorfou, sorte de manchot portant des aigrettes au-dessus des yeux. Un pingouin n’a en aucun cas la démarche caractéristique du manchot, pleine de roulis à vous filer le mal de mer. Et pour cause : un pingouin ne marche pas. Il vole, il nage. Point.

Car oui, le pingouin vole ! Contrairement au manchot, qui ne peut que se dandiner ou nager - à merveille, cela dit.

Autre différence : on ne trouve plus qu’une seule espèce de pingouin, le « petit pingouin », qui vit dans l’hémisphère nord. On compte en revanche 18 espèces de manchots et gorfous, tous vivant dans l’hémisphère sud : des « empereurs » et des « du Cap », des « pygmées » et même des bleus.

Mais pourquoi sont bleus, ces bestiaux ? C’est la question passionnante à laquelle des chercheurs de l’université d’Akron (Ohio) viennent de répondre par un article dans le journal Biology Letters.

Les chercheurs ont des plumes dans le c... ollimateur

L’espèce étudiée était le manchot pygmée (Eudyptula minor). C’est le plus petit des manchots : un kilo de moyenne, soit 30 fois moins lourd que le manchot empereur. On l’appelle aussi « petit manchot bleu » pour la simple raison qu’il a le bout des plumes du dos et des ailes toutes bleues.

Pour découvrir le secret de ce plumage maquillé d’azur, il a fallu scruter les plumes jusqu’à l’échelle moléculaire.

Techniques employées : la microscopie électronique, pour observer l’intérieur des cellules des plumes ; et la « diffusion de rayons X aux petits angles », technique douce au nom barbare qui permet d’étudier la structure de la matière à l’échelle nanométrique (un milliardième de mètre). Donc celle des molécules et de leur organisation tridimensionnelle.

Photo au microscope électronique des nanofibres de kératine, à gauche, et de grains de mélanine, à droite (Liliana d’Alba)

Avec ça, les chercheurs ont observé la structure des barbes, les petites aiguilles soyeuses qui forment les plumes. Vue en coupe, une barbe bleue de manchot pygmée est formée de trois couches :

• Une couche externe de kératine, protéine que l’on retrouve aussi dans les poils, les ongles ou les écailles, et capable de former des fibres. Mais dans cette couche externe, elle est rangée en vrac.

• Une couche intermédiaire de cellules bourrées de kératine, cette fois très bien rangée. C’est là que se joue la couleur bleue.

• Une couche interne de cellules remplies de kératine et de mélanine, un pigment qui absorbe toute la lumière blanche et grâce auquel le manchot a des plumes globalement noires (et les hommes la peau sombre, accessoirement).

Dans les cellules de la couche intermédiaire, la kératine est organisée en « nanofibres », des tubes de 185 nanomètres de diamètre en moyenne pour une longueur de 3 à 14 microns.

Ces fibres sont, pour la plupart, orientées dans le sens de la longueur de la barbe ; elles sont bien tassées les unes contre les autres, comme des carottes en cageots débarquées à Rungis ; et entre deux nanofibres, on trouve toujours une minuscule couche d’air.

Le soleil a rendez-vous avec la plume

C’est justement l’interaction de la lumière avec ces couches alternées d’air et de kératine, à l’échelle nanométrique, qui donne la couleur bleue. D’une part, le diamètre des fibres (185 nanomètres) est du même ordre de grandeur que les longueurs d’onde qui composent la lumière visible (entre 400 et 800 nanomètres). Donc les fibres sont suffisamment petites pour perturber la lumière.

D’autre part, l’organisation régulière des fibres, répétée sur toute la longueur des barbes, aboutit à un phénomène à grande échelle, visible même par un humain qui confondrait le premier manchot venu avec un quelconque pingouin : la transformation d’une lumière blanche en lumière bleue.

Matthew D. Shawkey, responsable de l’équipe qui a mené l’enquête, explique :

« Les fibres et les espaces entre elles sont suffisamment organisés pour que des interactions entre les longueurs d’onde de la lumière deviennent importantes. Elles conduisent à un renforcement des longueurs d’ondes bleues et une extinction des autres longueurs d’ondes. »

Les rayons de lumière qui frappent le réseau de kératine rebondissent dessus, et se mélangent alors les uns aux autres. Mais pas n’importe comment ! Le réseau de fibres ayant une forme régulière, les rebonds se font dans le même sens et les mélanges se font presque toujours de la même façon.

Le petit diamètre des fibres de kératine conduit à un mélange « positif » des petites longueurs d’ondes, les bleues (autour de 450 nanomètres). Elles s’ajoutent les unes aux autres et la couleur bleue s’en trouve renforcée. Les grandes longueurs d’onde, du jaune au rouge, sont au contraire mélangées au point de s’annuler mutuellement, jusqu’à disparaître.

Cuisine de manchots à la sauce nano

Dans le détail, tout cela relève à la fois de la géométrie optique et de la mécanique ondulatoire. Ça mériterait un autre article à soi tout seul. On en restera donc là, si vous le voulez bien : des fibres serrées de kératine parsemées d’air, qui toutes ensemble réorganisent la lumière par groupes de longueurs d’ondes, et ce sont les couleurs bleues qui gagnent.

Ne vous y trompez pas : cette découverte est une grande première. Les chercheurs se vantent d’ailleurs de décrire le « premier cas de couleur structurale non iridescente basée sur des réseaux quasi-ordonnés en deux dimensions de nanofibres de bêta-kératine parallèles ».

On a les victoires qu’on peut. La mienne fut d’arriver à comprendre cette phrase en moins de quatre heures.

L’homme aime bien copier les pingouins, euh, les manchots

Outre la beauté du geste, outre la grandeur de la recherche scientifique qui court après le Savoir sans jamais lui mettre la main dessus, il y a la connaissance du monde vivant et des mille et une façons qu’il a d’organiser la matière comme jamais l’homme n’y aurait pensé.

En revanche, l’homme aime bien copier. On appelle ça du biomimétisme et ça consiste à reproduire ce que la nature a inventé. Comme des tissus ultrasolides en soie d’araignée ou des vêtements hydrodynamiques mimant la peau du requin.

La présente étude décrit des fibres de kératine de taille « nano », le mot n’est pas anodin. Tout ce qui est nano est à la mode. D’ailleurs, le magazine Nature, qui cite l’article dans sa revue de presse, l’a classé dans la catégorie « biomatériaux ».

Des fibres artificielles sur le même modèle que celles des oiseaux, bientôt dans nos magasins ? En attendant, une citation dans le plus grand magazine scientifique du monde, ça va leur faire une belle jambe, aux pingouins. Ah non, pardon. Aux manchots.