Quand la langue des félins inspire la science

Les chats aiment autant se toiletter que dormir et peuvent passer jusqu’à 25 % de leur temps éveillés à entretenir leur pelage. Mais quel est le secret de leur auto-toilettage si efficace ? Des picots courbés à l’extrémité creuse présents sur leur langue si l’on en croit une étude publiée lundi dans la revue PNAS. Ces petits pics, appelés papilles, peuvent acheminer de grandes quantités de salive de la gueule du félin à la fourrure de ce dernier. En plus de nettoyer leur pelage jusqu’à la peau, ils permettent aussi de réguler leur température corporelle grâce à la salive qui s’évapore.

« La langue d’un chat fonctionne comme un peigne très intelligent », indique David Hu, bioingénieur à l’Institut technologie de Géorgie et auteur principal de cette nouvelle étude.

En plus d’offrir un aperçu sur la façon dont l’un des animaux de compagnie les plus populaires au monde reste propre, l’étude a également permis la fabrication d’une nouvelle sorte de brosse, baptisée TIGR (« Tongue-Inspired Grooming »), qui s’inspire de la langue des félins. Parsemée de petits picots flexibles courbés semblables aux papilles d’un chat, le prototype TIGR élimine facilement les cheveux ou poils morts des humains et des félins, et se nettoie en un simple glissement de doigt. En retirant l’excès de squames, cette brosse pourrait même rendre les chats moins allergènes, souligne David Hu.

Les chercheurs ont découvert que ces papilles en forme de cuillère permettaient aux chats d’acheminer leur salive jusqu’à leur peau. De nouvelles méthodes de nettoyage et de dépôt de liquides sur des cheveux, du pelage et des surfaces duveteuses, pourraient voir le jour grâce à cette découverte. « Le transport de liquide constitue un problème pour les animaux et les ingénieurs », déclare Sunghwan Jung dit « Sunny », bioingénieur à l’Université Cornel qui n’a pas pris part à l’étude. « Cette étude démontre que les scientifiques peuvent répondre à des questions fondamentales grâce à la physique du comportement animal de base. »

DES PAPILLES QUI ABSORBENT LA SALIVE

Alexis Noel, l’étudiante en doctorat de David Hu, s’est intéressée pour la première fois au toilettage des félins après avoir constaté que lorsque son chat léchait une couverture en microfibre, la langue de ce dernier s’accrochait sans cesse au textile. Ce n’était pas la première fois que l’étudiante regardait son chat faire sa toilette, mais en l’observant alors qu’il essayait de toiletter une couverture duveteuse, elle commença à voir cette action sous un nouvel angle.

Les papilles recouvrent la langue d’un chat et lui confèrent sa texture semblable à du papier de verre. C’était ces picots pointus qui se prenaient dans la couverture d’Alexis Noel et l’étudiante voulait comprendre pourquoi ces papilles parvenaient si bien à démêler le pelage des chats (et les fibres textiles des couvertures). Après avoir brièvement consulté la littérature de recherche, la doctorante constata que les biomécanismes du toilettage d’un chat étaient largement non traités par les scientifiques. David Hu et Alexis Noel décidèrent qu’il fallait changer cela.

Tout d’abord, ils avaient besoin de langues de félins. Si obtenir des langues de chats domestiques décédés était plutôt simple, ce n’était pas le cas pour les langues de félins sauvages.

« Les langues sont plutôt rares », précise David Hu.

Après des mois passés à demander sans cesse des langues aux réserves animales et aux zoos, les scientifiques finirent par en obtenir six d’espèces différentes, ce qui suffisait pour l’étude. À l’aide d’un micro-scanner et en zoomant sur les langues d’un chat domestique, d’un lynx, d’un puma, d’un léopard des neiges, d’un tigre et d’un lion, Alexis Noel et David Hu observèrent de près les papilles. Alors qu’une étude parue en 1982 révélait que ces dernières avaient la forme d’un cône creux, les nouvelles technologies utilisées par les chercheurs de l’Institut technologique de Géorgie ont démontré que les picots étaient en réalité courbés vers l’arrière, vers la gorge.

Si cela ne semble pas faire une grande différence, c’est tout l’opposé, précise David Hu. La forme courbée de la papille permet à cette dernière d’absorber de la salive au contact grâce à la tension superficielle. Quelque chose qui ne serait pas possible avec un cône creux.

« À cette petite échelle, ces différences comptent vraiment », ajoute David Hu.

Si chaque papille ne peut absorber qu’une fraction d’une goutte d’eau, soit 4,1 microlitres pour être exact, la langue d’un chat domestique transfert en moyenne 48 millilitres de salive par jour dans son pelage, soit un cinquième d’un verre d’eau.

UN TOILETTAGE RAFRAÎCHISSANT

Les chercheurs ont aussi découvert que l’orientation des papilles changeait. Sur les vidéos à haute vitesse de trois chats domestiques à poils court en train de se toiletter, les scientifiques ont constaté que les papilles pivotaient lorsque la langue du chat rencontrait des nœuds dans le pelage. Grâce à cette rotation, le picot peut aller encore plus en profondeur dans l’enchevêtrement de poils et finit par démêler le nœud.

D’après David Hu, cette flexibilité est essentielle pour permettre à des picots relativement courts de nettoyer à la fois les poils de couverture, c’est-à-dire les plus longs et les moins nombreux, mais aussi l’épais duvet qui se trouve près de la peau de l’animal. Selon les calculs des chercheurs, même les pressions relativement légères exercées par la langue lors du toilettage permettent à presque toutes les espèces de félidés de se nettoyer jusqu’à la peau. Le chat persan à lui besoin d’être brossé tous les jours pour empêcher la formation de nœuds.

Mais ce toilettage ne sert pas uniquement à sublimer les félins. Des caméras à imagerie thermique ont révélé qu’il peut également aider un chat à se rafraîchir en créant une différence de température entre la peau et les poils de couverture pouvant aller jusqu’à 0,8 °C lorsque la salive s’évapore.

L'OEIL DU TIGRE

Comprendre comment les félins restent propres, c’est bien, mais en tant qu’ingénieur, David Hu voulait aller plus loin. Lorsque ses enfants ont des poux, le scientifique passe des heures à chercher la brosse adéquate pour enlever les lentes, puis à peigner leurs cheveux pour retirer le moindre pou. En effectuant une recherche rapide sur Internet, David Hu a constaté qu’en plusieurs dizaines de milliers d’années, les peignes n’avaient pas beaucoup changé. Au vu de leur étude, les deux chercheurs pensent que la langue des félins pourrait peut-être permettre de créer quelque chose de mieux.

« C’est super de chercher de nouveaux objets en étudiant la façon dont les félins se toilettent. Cela montre que vous n’avez pas besoin d’aller bien loin pour trouver quelque chose d’utile », souligne Sylvain Deville, ingénieur au Centre national de la recherche scientifique français qui n’a pas pris part à l’étude.

Utilisant un polymère à base de silicone, les deux scientifiques ont imprimé en 3D une petite brosse flexible de la taille de deux doigts côte à côte. Les picots de la brosse sont une version agrandie des papilles d’un chat. David Hu et Alexis Noel ont comparé l’efficacité de la brosse TIGR pour retirer des nœuds sur une fausse fourrure en nylon par rapport à une brosse à cheveux classique. Ils ont constaté que la TIGR démêle plus de nœuds tout en exerçant une pression moins forte qu’une brosse classique. De plus, alors qu’il faut une pince à épiler pour retirer avec soin les cheveux d’une brosse classique, avec la TIGR, il suffit de glisser son doigt sur les picots pour enlever les faux poils de la fourrure.

Alors que certains chats méprisent les brosses qui existent sur le marché, cette étude pourrait permettre de fabriquer une brosse qui leur conviendrait mieux. La douceur et la flexibilité de la brosse TIGR pourrait prodiguer un toilettage proche de celui du chat, rendant ce moment plus tolérable pour nos amis à griffes, mais aussi pour leurs maîtres.

Pour Megan Schuknecht, directrice des défis de conception à l’Institut de biomimétisme de Missoula, dans l’État du Montana (États-Unis), la brosse TIGR est l’exemple parfait d’un objet qui s’inspire de la nature. « Les chats nous côtoient depuis des siècles et jusqu’alors, personne n’avait pensé à s’intéresser de plus près à cela », a-t-elle fait remarquer.

Sunghwan Jung estime lui que la brosse TIGR n’est pas encore au point pour être produite en série. « Elle a besoin d’être améliorée sur de nombreux points avant de pouvoir être utilisée en vrai », a-t-il expliqué.

David Hu et Alexis Noel ont déposé un brevet pour leur brosse TIGR. Les deux scientifiques pensent qu’en plus d’être utilisée pour se brosser les cheveux ou peigner le pelage des chats, TIGR pourrait également servir à appliquer des crèmes et des lotions sur la peau d’un félin sans avoir besoin de le raser, mais aussi pour démêler les fibres des textiles.

Si les chats sont déjà les rois d’Internet, la brosse TIGR pourrait les faire devenir les rois du monde.

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.