1-Les Hemipteres



 

          a/ La Geris


  Les hémiptères sont un ordre d’insectes, dont certains des membres ont une capacité remarquable: marcher sur l’eau ; on distingue principalement une famille ayant cette capacité : les Gerridaes, et dont le genre le membre plus commun est la gerris ; En effet, ces insectes improprement appelés araignées d’eau vivent majoritairement en Europe occidentale.

En Europe occidentale, le genre Gerris, regroupe plusieurs espèces de punaises amphibies qui vivent à la surface des eaux calmes.

  Ainsi, comme tous les Hexapodes, ils possèdent six pattes. Les pattes postérieures ont une fonction de gouvernail. Les pattes médianes, qui sont les plus longues, permettent la propulsion et les pattes antérieures sont utilisées uniquement pour la prédation.

  Leur vitesse est relativement rapide en comparaison de leur petite taille, ( 1.5 m/s soit environ 5.4 km/h pour un seul “bond” ) ; On notera que les pattes médianes et postérieures sont de taille comparable, et qu’elles sont au moins aussi longues que le corps, mais aussi qu'elles sont disposées en forme de « X », ce qui permet à ces animaux une bonne stabilisation sur l'eau. Ils ne peuvent cependant courir le risque de trop mouiller leur paire de pattes antérieures qui ne sont pas recouvertes de poils hydrophobes. En effet une fois celles ci mouillées, le poids de l’insecte augmenterait ce qui annihilerait cette capacité de marcher sur l’eau : ils couleraient donc.


Leur mode original de déplacement ( partagé avec quelques autres espèces dont quelques araignées ) est permis par un double phénomène, différent de celui qui fait flotter des objets creux ou plus légers que l'eau en surface ( voir la loi d'Archimède et les différences de densité ) :

  • la tension superficielle de l'eau repousse les substances hydrophobes posées à sa surface. Les pattes et l’abdomen des gerris sont munis de poils très hydrophobes qui empêchent la pénétration dans l'eau.

  • d'autre part, la dépression topographique créée (comme si on appuyait sur une nappe tendue avec le doigt) entraîne, du fait de la tension superficielle de l'eau, une surpression qui permet de porter l'animal. Si les gerris étaient plus lourds, cette tension superficielle serait insuffisante pour assurer leur sustentation.


          b/ Explications



Ainsi, la base de cette capacité, de marcher sur l’eau, est l’hydrophobie qui permet à un corps de ne pas s'imprégner d’eau, et donc de ne pas couler ; en effet, un composé hydrophobe n'a pas la capacité de créer des liaisons hydrogènes avec les molécules d'eau.

Dans notre cas, les molécules polyatomiques ( formant des macromolécules ) constituant les poils des gerris ont une somme des moments dipolaires ( associés à chacune des liaisons atomiques ) nulle, créant ainsi une molécule apolaire ou de faible polarité, ce qui signifie qu'il ne peut pas faire d'interactions électrostatiques avec l'eau, de type : dipôle permanent/dipôle permanent ( l'eau étant très polaire, elle cherche à interagir avec des molécules polaires ). De plus, ces molécules n’étant pas polarisées, il ne peut se créer entre celles-ci et l’eau de liaisons hydrogènes ( de cohésion )

Il faut également remarquer que la solubilité d'un composé dans un solvant dépend des interactions qu'il peut avoir avec le solvant. Un composé hydrophobe est donc un composé qui ne peut pas interagir physiquement avec l'eau. À l’échelle macromoléculaire nous pouvons voir que la séquence d'une protéine comporte une certaine proportion d'acides aminés polaires ( hydrophiles ) et non polaires ( hydrophobes ). Leurs interactions avec les molécules d'eau conditionnent la manière dont la chaîne polypeptidique se replie. Les acides aminés non polaires auront tendance à éviter l'eau. Inversement, les acides aminés polaires vont chercher à rester à proximité du solvant aqueux. Ainsi, dans le cas des protéines solubles, il se forme un cœur hydrophobe au centre, tandis que les groupes polaires restent plutôt en surface.

Dans d’autres cas, l'environnement membranaire est globalement hydrophobe. Ainsi, les acides aminés hydrophiles vont se retrouver au cœur de la protéine tandis que les acides aminés hydrophobes vont se retrouver en surface.

 

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Protéine hydrophobe( cœur hydrophile et surface hydrophobe)

 


  Un autre phénomène, très important, permettant l’hydrophobie des corps chez ces deux insectes est décrite par la loi de Cassie : Celle-ci est la loi de la super-hydrophobie, qui, contrairement à l’hydrophobie est une propriété physique et non chimique. Ainsi tout corps formant par rapport a l’eau un angle de contact supérieur à 150 degres ne coulera pas, ce qui est exactement le cas des pattes des gerris.

En effet le fait pour ces insectes d’avoir des pattes presque collées à l’eau ( angle > 150° ) n’est pas le fruit du hasard, cela leur permet ( en plus du premier phénomène décrit ci dessus ) d’empêcher leurs pattes de s’enfoncer dans l’eau.

 


 

illustration de la loi de cassie

 

 

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