Huit façons dont le monde emmagasine et libère un ressort

Lorsque Robert Hooke découvrit que la force d'un ressort croît en proportion de son étirement, il n'était pas prêt à la partager. En 1676, il ne publia que l'anagramme latine brouillée ceiiinosssttuv pour revendiquer sa découverte tout en écartant ses rivaux. Deux ans plus tard, en 1678, il la déchiffra en ut tensio, sic vis, ce qui signifie telle l'extension, telle la force. Cette règle simple, la force égale la raideur multipliée par l'étirement, sous-tend encore la conception de presque tous les ressorts fabriqués aujourd'hui.

Bien avant les ressorts en acier, les ingénieurs grecs et romains alimentaient leurs catapultes à torsion avec des écheveaux de tendons d'animaux et de cheveux fortement torsadés, enroulés autour d'un cadre. Tirer les bras en arrière tordait ces faisceaux comme une serviette essorée, emmagasinant une énergie élastique qui propulsait le bras de lancement vers l'avant. Des auteurs comme Vitruve prisaient les cheveux humains, surtout ceux des femmes, pour leur élasticité, et les cordes étaient huilées pour les garder souples. Dès le IVe siècle av. J.-C., de telles machines projetaient des pierres à plus de 300 mètres.

La plupart des ressorts tirent d'autant plus fort qu'on les étire, mais un ressort à force constante enfreint cette règle. C'est un ruban plat d'acier à ressort, précontraint et enroulé serré en rouleau, chaque tour reposant sur celui qui est à l'intérieur. Quand on tire le ruban, seule la petite courbure à l'endroit où il quitte le rouleau change, et comme ce rayon de courbure reste le même, la force de résistance aussi. Après s'être déroulé d'environ 1,25 fois le diamètre de son rouleau, il maintient une traction quasi constante jusqu'au bout, ce qui explique qu'il actionne mètres à ruban et enrouleurs.

Les insectes sauteurs ne comptent pas seulement sur la vitesse de leurs muscles. Ils stockent de l'énergie dans la résiline, une protéine semblable au caoutchouc intégrée à leur exosquelette, l'un des matériaux les plus élastiques connus. Quand un cercope tend lentement ses pattes, il courbe un composite de cuticule rigide et de résiline comme un arc bandé, puis libère le cran d'arrêt. La résiline restitue l'énergie stockée presque parfaitement, en perdant moins de 5 pour cent même lorsqu'elle est fléchie environ 200 fois par seconde, bien mieux que la plupart des caoutchoucs synthétiques, ce qui permet à ces insectes de bondir en un clin d'œil.

Le cercope, un insecte suceur de sève à peine long de six millimètres, est le sauteur le plus puissant jamais mesuré. Filmé à 2 000 images par seconde par un biologiste de Cambridge en 2003, on l'a vu armer lentement une catapulte de cuticule rigide et de résiline, puis la libérer si vite que le décollage soumet son minuscule corps à environ 400 fois la force de la gravité. Il s'élève à plus de 60 centimètres à la verticale, deux fois la hauteur de la puce qu'il a détrônée comme championne sauteuse de la nature.

Retournez un taupin sur le dos et il se redresse d'un claquement audible et d'un bond, sans utiliser ses pattes. Une cheville sous son ventre s'accroche contre un rebord tandis que ses muscles chargent lentement d'énergie élastique une charnière souple de son thorax. Quand le cran lâche, le corps se détend d'un coup et se cambre, projetant le coléoptère en l'air. Des études aux rayons X à grande vitesse montrent que la manœuvre atteint plus de 300 fois la force de la gravité, le tout grâce à un ressort intégré au milieu même du corps de l'insecte.

La fourmi à mâchoires-pièges tient ses énormes mandibules grandes ouvertes, retenues par un cran interne tandis que le muscle de fermeture emmagasine lentement de l'énergie élastique dans la cuticule de la mâchoire. Un effleurement de ses poils déclencheurs libère le cran, et les mandibules se referment en environ 130 microsecondes, atteignant des vitesses proches de 230 kilomètres par heure et des accélérations d'environ 100 000 fois la gravité. La fourmi peut même claquer ses mâchoires contre le sol pour se propulser en l'air, échappant au danger d'une morsure à ressort.