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Structure interne du bec du Toucan toco. A) structure de la couche de kératine, B) structure de la "mousse"
Schéma : Marc A. Meyers et al. / Acta Materialia
Il existe globalement deux types de becs d'oiseaux : ceux qui sont courts et épais et ceux qui sont longs et fins.
Celui du toucan est une exception car il est à la fois long et épais, ce qui est une nécessité pour collecter de la nourriture dans les grands arbres.
Cette originalité est permise par sa structure originale associant une faible densité et une rigidité élevée.
Sa densité est d'environ 0,1, ce qui permet à l'oiseau de voler tout en maintenant le centre de masse au niveau des ailes. En effet, bien qu'il représente un tiers de la longueur de l'oiseau, le bec ne pèse qu'environ 1/20ème de sa masse.
Des chercheurs californiens ont analysé la structure du bec du Toucan toco (Ramphastos toco). Ils ont constaté qu'il était composé d'une couche de kératine enveloppant une matrice fibreuse de cellules étanches formées de protéines riches en calcium.
La couche de kératine est une superposition d'écailles hexagonales d'un diamètre de 50 microns et d'une épaisseur de un micron imbriquées. Son épaisseur totale est de 0,5 mm. Sa résistance à la traction est d'environ 50 MPa (mégapascals) et son module de traction (constante qui relie la contrainte de traction et la déformation) est de 1,4 GPa (gigapascals). Elle se fracture quand la vitesse de déformation est de 1,5 x 10 exp-3 / s. La réponse mécanique de cette est similaire à celle d'une griffe d'oiseau.
A l'intérieur, la "mousse" ou matrice de cellules étanches a une élasticité deux fois plus élevée que celle de la kératine des coquillages grâce à sa teneur élevée en calcium. Elle sert en quelque sorte de "contrefort".
Il existe une synergie entre cette mousse et la couche de kératine. Une analyse de stabilité a montré que la matrice augmentait la résistance à la déformation en absorbant de l'énergie.
Toucan toco (Ramphastos toco).
Photographie : Bruno Tredez
Le coeur du bec enfin est une zone creuse s'étendant sur la moitié de sa longueur au niveau des mandibules supérieures et inférieures, ce qui contribue encore à réduire les contraintes mécaniques. En résumé, c'est un vrai "bijou de mécanique".
Cette bio-structure astucieuse pourrait inspirer la conception d'avions ultra-légers et de composants de véhicules avec des mousses synthétiques composées de métaux et de polymères. Des panneaux automobiles qui imiteraient le bec du toucan pourraient ainsi offrir une meilleure protection aux automobilistes.
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Sources :
- Yasuaki Sekia, Mason Mackeyb, Marc A. Meyersa (2011). Structure and micro-computed tomography-based finite element modeling of Toucan beak. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1751616111002074
- Yasuaki Seki, Matthew S. Schneider, Marc A. Meyers (2005). Structure and mechanical behavior of a toucan beak. Acta Materialia 53. Pages : 5281–5296
- UCSD Jacobs (2005). Engineers Discover Why Toucan Beaks Are Models of Lightweight Strength. www.jacobsschool.ucsd.edu/news_events/releases/release.sfe?id=417
Sujet: Le bec du toucan est un bijou de mécanique. 
Sam 26 Nov - 19:38
