الجمعة، يونيو 02، 2017

polyakène.

On appelle samare toute graine ou fruit avec une surface portante en forme d’aile et qui permet ainsi le transport à distance par le vent. Au niveau du fonctionnement, on distingue deux grands types : celles qui glissent en planant (comme les graines ailées des bignones) ou celles qui tournent sur elles-mêmes en tourbillonnant. Dans ce second groupe, on trouve nombre de graines ou fruits d’arbres, capables de voyager sur d’assez longues distances, dont celles des érables .

En automne, les enfants adorent jeter en l’air des samares d’érables mûres et les regarder tomber telles des hélicoptères comme ils disent au point que dans le langage courant, on les nomme souvent ainsi. C’est l’occasion d’observer plus attentivement leur trajectoire très particulière, tourbillonnante, qui en fait un cas à part au sein du groupe des « graines auto-tournantes ».

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Branche d’érable sycomore chargée de grappes de samares mûres en automne
De la disamare à la samare

Le « vrai » fruit des érables est en fait une disamare qui résulte de la transformation d’une fleur dans laquelle le pistil comprend deux parties symétriques accolées avec chacune un ovule qui donne une graine. La paroi de l’ovaire développe rapidement une excroissance en forme d’aile.


Fleur d’érable plane avec au centre le pistil où l’on voit déjà l’ébauche de la future disamare.

On repère bien ces disamares en automne en grappes pendantes sur leurs pédoncules, les deux ailes formant un V plus ou moins ouvert selon les espèces.


Samares d’érable champêtre

Samares d’érable plane

A maturité, les deux samares sèchent et durcissent et se séparent l’une de l’autre mais restent attachées chacune par un filament. Chaque samare comporte une loge dure à la base (une coque) dans laquelle se trouve une graine plate et une large aile nervurée avec un renforcement épaissi. Par fort vent, les samares finissent par se détacher de leur support et entreprennent alors leur chute finale et, peut-être leur déplacement à distance.


Samares d’érable sycomore qui commencent à se séparer

Samares complètement séparées et prêtes à tomber en cas de coup de vent

Souvent, les personnes non averties essaient de lancer en l’air des samares non mûres encore groupées par deux : déception et flop total car l’ensemble tombe au sol directement tel un caillou. C’est la samare détachée, qui est bien l’unité de dispersion, seule capable de voyager avec le vent et d’atterrir plus ou moins loin.

Comme un autogire

La samare décrit une trajectoire descendante selon une hélice étroite en tire-bouchon tout en tournant sur elle-même dans une position à demi-penchée, la graine en bas et l’aile inclinée vers le haut, sur le côté ; la pointe de l’aile décrit ainsi à chaque tour sur elle-même un cône largement ouvert par rapport à l’axe vertical selon un angle d’environ 80° . L’axe de l’hélice se situe autour du centre de gravité de la samare, là où se trouve la graine. Les spécialistes de l’aéronautique comparent un tel dispositif à un autogire, sorte d’aéronef de petite taille qui a une hélice horizontale au-dessus (un rotor comme un hélicoptère) qui assure le maintien dans l’air mais ne le fait pas avancer ; la propulsion est assurée par une hélice à l’avant, sur le nez de l’appareil. Le rotor en plein vol tourne sur lui-même, moteur coupé, à la manière de l’aile de la samare.




Trajectoire en hélice de la samare lors de sa chute (en ligne droite s’il n’y a pas de vent).

Position de la samare lors de sa descente

Une giration en trois temps

Une équipe américaine de l’université d’Ithaca (1) a filmé en très haute vitesse des samares d’érables en train de chuter de 1,5m de haut. Ce qui frappe le plus, c’est la remarquable stabilité de la samare pendant sa chute : même si on lui envoie une petite pichenette, elle continue imperturbablement. Vue de dessus, la graine tourne soit dans le sens des aiguilles d’une montre, soit dans l’autre sens : il n’y a pas de sens préférentiel (pas de chiralité comme disent les spécialistes). La vitesse de chute exerce une poussée sur l’aile et engendre une force de torsion qui, compte tenu de la rigidité forte de l’aile, met la samare en vrille et la fait tourner autour de son axe vertical.

Le ralenti permet de distinguer trois temps dans la descente. Pendant un très bref instant après sa libération, la samare roule à l’horizontale sur elle-même ; immédiatement après, une fois qu’elle a atteint une vitesse suffisante, elle bascule brusquement sur son axe vertical sous l’effet de la torsion engendrée par le jeu des pressions, ce qui fait basculer la samare, la graine en bas, l’aile en haut. La position instable qui en résulte s’équilibre selon un angle par rapport à la verticale : la samare descend tout en étant « en biais », l’aile vers le haut décrivant un cône de révolution (voir schémas ci-dessus).

Qu’est-ce qui induit cette giration ?

Pour mieux comprendre la mécanique derrière cette trajectoire, les chercheurs (1) ont modifié des samares en leur découpant une partie de l’aile ou une partie de la graine et ils ont observé les conséquences sur la trajectoire en les filmant elles aussi. Et ils obtiennent un résultat très surprenant : les samares dont on a découpé une partie de l’aile (voire presque toute l’aile sauf le rebord épaissi) continuent à adopter cette trajectoire en hélice en conservant un certain angle et en décrivant un cône avec la pointe de l’aile ; simplement, elles tombent plus vite. Dans le détail, à chaque fois qu’on enlève une partie de l’aile, l’angle du cône de révolution augmente un peu ; la samare se rapproche un peu plus de l’horizontale. Quand on arrive à toute l’aile enlevée sauf son rebord, l’angle chute brusquement : la samare chute en hélice mais très fortement redressée vers la verticale. Ces résultats montrent donc que la cause de la giration n’a que peu à voir avec la force de torsion aérodynamique exercée par l’aile au cours de la descente.

Il faut chercher la réponse en interrogeant l’effet du centre de gravité très décentré de la samare avec la graine tout au bout. Si on enlève une partie de la graine dans sa loge, la trajectoire se maintient ; par contre, si on l’enlève complètement, la samare chute de manière erratique. C’est donc bien la répartition dissymétrique de la masse qui génère cette giration. Ensuite, un subtil couplage s’installe entre la torsion aérodynamique engendrée et la rigidité de la structure et qui positionne de manière très précise la samare dans l’espace au cours de sa giration.

Finalement, il reste une question essentielle : quel est l’intérêt d’un mécanisme aussi pointu ? En effet, même si la samare tourne selon une hélice, elle n’en descend pas moins tout droit … juste sous l’arbre producteur ce qui n’a rien d’avantageux pour l’espèce car les futures plantules subiront une double compétition, celle de l’arbre et celle des innombrables voisines ! Il y a bien un avantage indéniable : celui de ralentir considérablement la descente (comme avec un parachute mais adapté à un poids relativement élevé) et « d’espérer » qu’un vent latéral va en profiter pour la pousser et permettre une dispersion le plus loin possible du parent et avec l’espoir d’atterrir dans un endroit favorable non encore occupé !


Plantules d’érable sycomore installées dans un pare-feu sableux en forêt

Jeunes plantules émergeant de samares amassées au sol et tombées loin de l’arbre mère.

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