Pour construire de meilleurs câbles à fibres optiques, demandez à une palourde

Depuis le déploiement des premiers câbles de fibre optique dans les années 1970, ils sont devenus un élément majeur de tout, des appareils médicaux à l’internet à haut débit en passant par la télévision par câble. Mais il s’avère qu’un groupe de mollusques marins avait une longueur d’avance sur nous.

Une nouvelle étude révèle que les palourdes appelées coques cardiaques – ainsi nommées en raison de leur coquille en forme de cœur – possèdent des structures uniques dans leur coquille qui agissent comme des câbles de fibre optique pour transporter des longueurs d’onde spécifiques de la lumière dans les tissus des bivalves.

Des chercheurs de l’université Duke et de l’université Stanford ont utilisé la microscopie électronique et laser ainsi que des simulations informatiques de coques cardiaques pour découvrir que leurs coquilles sont conçues avec des zones translucides composées de brins fins comme des cheveux, disposés en faisceaux, qui acheminent la lumière à l’intérieur de la coquille.

Présentes dans les eaux chaudes et équatoriales de l’Indo-Pacifique, les coques cardiaques entretiennent une relation mutuellement bénéfique avec les algues microscopiques qui vivent à l’intérieur de leurs tissus. Or, les algues ont besoin de lumière pour se développer.

Tandis que les algues bénéficient d’un abri et d’un lieu sûr pour vivre et se développer, les coques en profitent en se nourrissant des sucres que les algues produisent par photosynthèse. Pour maintenir ce lien étroit, les coques ont maîtrisé l’art du jardinage d’intérieur, en dirigeant la lumière vers leurs intérieurs autrement sombres. Elles ont développé des puits de lumière naturels pour alimenter la croissance de leurs compagnons algaux sans ouvrir leur coquille et s’exposer aux becs et aux griffes de prédateurs potentiels.

« Elles ont essentiellement développé des fenêtres translucides dans leurs coquilles », explique Dakota McCoy, premier auteur, qui a commencé ce travail en tant que boursière PRFB de la NSF, conseillée par Sönke Johnsen à Duke. Depuis, elle est devenue professeur adjoint à l’université de Chicago.

En utilisant un microscope à balayage laser pour étudier la géométrie en 3D des coquilles de coques, les chercheurs ont découvert que sous chaque fenêtre, de minuscules bosses translucides plus petites qu’un grain de sable fonctionnent comme des lentilles, concentrant la lumière du soleil en un faisceau qui pénètre à l’intérieur de la palourde, où résident les algues.

« Je l’imagine comme une cathédrale organique avec des vitraux, la lumière tombant sur les paroissiens à l’intérieur », a commenté Johnsen, auteur principal et professeur de biologie à Duke.

Les chercheurs ont eu une autre surprise en examinant les coquilles au microscope électronique à balayage.

Les coques de cœur et de nombreux autres animaux marins utilisent une forme spéciale de carbonate de calcium appelée aragonite pour fabriquer leurs coquilles. Au microscope, la majeure partie de la coquille de la coque présente une structure en couches, avec de fines plaques d’aragonite empilées dans différentes orientations, « un peu comme une maçonnerie de fantaisie », explique M. McCoy.

Mais à l’intérieur de chaque fenêtre, le matériau de la coquille forme des fibres serrées, semblables à des cheveux, plutôt que des plaques, toutes alignées dans la direction de la lumière entrante.

« L’aspect est complètement différent de ce à quoi on pourrait s’attendre », a ajouté M. McCoy.

Les simulations informatiques ont montré que la taille, la forme et l’orientation des fibres transmettent plus de lumière à l’intérieur des coques que d’autres conceptions possibles que les créatures auraient pu hypothétiquement inventer.

En particulier, elles laissent passer la lumière dans les gammes de bleu et de rouge – les longueurs d’onde optimales pour la photosynthèse – mais semblent empêcher les rayons ultraviolets de pénétrer dans leur coquille, où ils pourraient autrement endommager leur ADN.

« Ensemble, les fibres et les lentilles créent un système permettant de filtrer les mauvaises longueurs d’onde, de canaliser les bonnes longueurs d’onde et de les focaliser de manière à ce qu’elles pénètrent suffisamment loin dans la coquille pour que les algues symbiotes bénéficient du meilleur environnement lumineux possible », a indiqué M. Johnsen.

Les chercheurs ont également constaté que, comme les fibres regroupées dans leur coquille sont minuscules et très serrées, si l’on fait passer une lumière à travers elles, une image haute résolution de ce qui se trouve en dessous apparaît à l’autre extrémité, presque comme un écran de télévision.

L’équipe a déclaré que des travaux supplémentaires étaient nécessaires pour comprendre ce que les coques de cœur font, le cas échéant, avec ce superpouvoir de projection d’images.

Un jour, les palourdes pourraient inspirer de nouvelles méthodes de conception de câbles à fibres optiques qui permettent à la lumière de parcourir de grandes distances, même en suivant des courbes, sans s’échapper et sans perdre de signal en cours de route, a déclaré M. Johnsen.

« Les coquilles réalisent une prouesse très intéressante », a conclu M. McCoy.

Article : « Heart Cockle Shells Transmit Sunlight to Photosymbiotic Algae Using Bundled Fiber Optic Cables and Condensing Lenses » – 10.1038/s41467-024-53110-x

Source : Duke University – Traduction Enerzine.com