Par Pesach Benson • 8 mai 2025
Jérusalem, 8 mai 2025 (TPS-IL) — Les bords doux et courbés des pétales de rose ont depuis longtemps captivé les poètes, les artistes et les scientifiques. Maintenant, des scientifiques israéliens ont découvert la géométrie cachée qui donne à ces pétales leur forme caractéristique, révélant non seulement un secret botanique mais aussi un nouveau plan pour l’ingénierie future qui pourrait conduire à des éléments électroniques et architecturaux plus flexibles qui « grandissent ».
Une étude de l’Université hébraïque récemment publiée dans la revue scientifique Science a révélé que les bords en forme de cuspide des pétales de rose étaient formés par des mécanismes différents de ce qui était précédemment pensé.
Pendant des années, les scientifiques ont supposé que des structures comme les feuilles et les pétales développaient leurs formes principalement à travers l’incompatibilité de Gauss – un type de désaccord géométrique qui provoque des surfaces à se plier et se tordre pendant la croissance.
Cependant, lorsque les chercheurs – dirigés par le Prof. Moshe Michael et le Prof. Eran Sharon à l’Institut Racah de Physique – ont examiné de près les pétales de rose, ils n’ont trouvé aucun signe d’incompatibilité de Gauss en action. Au lieu de cela, ils ont découvert que les formes des pétales étaient gouvernées par un principe géométrique appelé incompatibilité Mainardi-Codazzi-Peterson.
L’incompatibilité de Gauss provoque une déformation lisse, exprimée par le pliage, le froissement, le tordage des pétales. L’incompatibilité MCP, cependant, entraîne des caractéristiques plus marquées telles que des cuspides, des plis et des ondulations marquées. Dans le cas des pétales de rose, à mesure qu’ils grandissent, le stress se concentre aux bords. En raison de l’incompatibilité MCP, le pétale forme naturellement des courbes dramatiques et pointues – pas des plis aléatoires mais un motif prévisible gouverné par la nécessité géométrique.
« Cette recherche réunit les mathématiques, la physique et la biologie d’une manière belle et inattendue », a déclaré Sharon. « Elle montre que même les caractéristiques les plus délicates d’une fleur sont le résultat de principes géométriques profonds. »
L’équipe a combiné la modélisation informatique, les expériences en laboratoire et les simulations mathématiques pour tester leur théorie, et a constamment trouvé que le stress MCP – et non le stress de Gauss – était responsable des courbes uniques des pétales de rose. À mesure que le pétale grandit, le stress s’accumule particulièrement aux bords, ce qui fait que le pétale forme ses boucles et cuspides caractéristiques.
Une des découvertes les plus intrigantes est la boucle de rétroaction entre la croissance et le stress, ont déclaré les scientifiques. Alors que le stress se concentre aux cuspides, il guide comment et où le pétale continue de croître. De cette manière, la géométrie et la biologie sont engagées dans un dialogue continu, avec la forme et la fonction se façonnant mutuellement.
« Il est étonnant qu’une chose aussi familière qu’un pétale de rose cache une géométrie aussi sophistiquée », a déclaré Michael. « Ce que nous avons découvert va bien au-delà des fleurs – c’est une fenêtre sur la façon dont la nature utilise la forme et le stress pour guider la croissance dans tout, des plantes aux matériaux synthétiques. »
Les découvertes ouvrent des possibilités intrigantes pour la robotique souple, l’électronique flexible et les matériaux intelligents ou auto-morphants.
Des matériaux capables de changer de forme précisément sans avoir besoin de moteurs, de joints ou de contrôles externes pourraient conduire à des robots plus souples et plus flexibles, en particulier des robots chirurgicaux et des robots de recherche et de sauvetage.
Comprendre comment contrôler la forme à travers le stress interne comme le font les pétales pourrait aider les ingénieurs à créer des circuits électroniques et des affichages flexibles, pliables ou morphables qui s’adaptent en fonction de leur fonction. De plus, la découverte de l’incompatibilité MCP donne aux ingénieurs un nouvel outil pour concevoir des matériaux qui se « programment » pour se courber, se plier ou se tordre en formes complexes sans assemblage manuel. Cela pourrait révolutionner l’emballage, les matériaux de construction et les structures déployables telles que les satellites se déployant dans l’espace.
L’étude ouvre également la voie à des éléments architecturaux qui « grandissent » en position ou changent de forme en fonction des conditions environnementales comme la chaleur, l’humidité ou la lumière.
La recherche pourrait également avoir des applications médicales. Étant donné que les tissus biologiques subissent également des contraintes internes pendant la croissance, ces découvertes pourraient éventuellement aider à concevoir des échafaudages pour faire pousser des organes ou des tissus qui doivent prendre des formes complexes naturellement.