Ce n'est pas tous les jours que des vacances de plongée ouvrent la voie à une éventuelle innovation technologique, encore moins à celle du cérumen. Pourtant, c’est précisément ce qui est arrivé à Alexis Noel.
La doctorante en génie mécanique du Georgia Institute of Technology a décrit à son professeur David Hu son voyage de plongée sous-marine, l'oreille bouchée d'eau de son petit ami et le coupable, le cérumen, qui retenait l'eau derrière son tympan. En un rien de temps, ils ont engagé des discussions approfondies sur la substance collante.
Puis il a frappé: Que peut-on apprendre de plus du cérumen?
Intriguée, Noel explique que le matériau cireux subit continuellement des "contraintes" et prend différentes formes, en raison des mouvements de la mâchoire qui forcent le canal auditif à osciller entre formes ovales et rondes. Ces changements finissent par fracturer le cérumen, ce qui finit par le faire tomber de votre oreille (bien que minuscule, des morceaux à peine visibles).
En ce qui concerne la capacité du cérumen à filtrer les particules de poussière, elle dit que cela filtre bien avant qu’il ne sorte de l’oreille. Ce processus commence lorsque le cérumen recouvre les poils des oreilles et crée une structure ressemblant à une toile. Cette structure, explique-t-elle, est «très probablement» présente dans les oreilles de tous les mammifères et joue un rôle dans la collecte de la poussière.
«Pendant que l'air circule dans et à partir de l'oreille, les particules de poussière sont saisies par le fluide collant», explique Noel. Le cérumen est finalement saturé de poussière, ce qui le fait se fracturer et tomber de l’oreille.
Les gens réservent généralement le cérumen à des cotons-tiges. Mais Noel se demandait s'il pouvait y avoir une utilisation pratique en dehors du conduit auditif.
«Je pense à la filtration de l’air à domicile», explique Noel au sujet d’une application possible, à savoir les unités de climatisation et les filtres à air portables. "Un filtre en forme de cire d'oreille peut durer plus longtemps que les filtres traditionnels à mailles."
Elle et son chercheur de premier cycle, Zac Zachow, ont commencé à examiner les propriétés fluides du cérumen de porc, de chien, de mouton et de lapin. Etudier le cérumen des animaux, au lieu d’être humain, signifiait éviter les grandes quantités de paperasse nécessaires à ces derniers, leur permettant de se mettre au travail beaucoup plus tôt. Ils s'attendaient à ce que les propriétés des fluides fluctuent entre chaque animal, mais ce qu'ils ont découvert était surprenant.
Alexis Noel et son équipe ont collecté et étudié des échantillons de cérumen de divers animaux. (A. Noel, Z. Zachow et D. Hu, Georgia Tech) «Nous avons recueilli des échantillons d'animaux morts dans un autre laboratoire en association avec Georgia Tech», explique Noel. Elle explique que la viscosité de leur cérumen était «exactement la même, qu’il s’agisse d’un petit lapin ou d’un gros porc. Les propriétés du fluide étaient identiques. »Quel que soit le contaminant (matières fécales, saleté, poussière, etc.), le cérumen continuait de couler dans l’oreille.
Noel a trouvé intéressant que la cire d'oreille d'un gros animal ait les mêmes propriétés que celle d'un plus petit, mais elle n'a pas été entièrement surprise, considérant que les fluides tels que le mucus ou le sang restent généralement homogènes d'un animal à l'autre.
À présent muni d'informations sur les propriétés des fluides du cérumen, Noel envisage d'évaluer la capacité maximale de rétention de la poussière de cérumen, tant chez l'homme que chez l'animal. Elle est curieuse de savoir «combien de poussière est nécessaire pour atteindre cet état friable».
Vient ensuite l'extraction des données. «Nous examinerons le point de fracture pour les échantillons de cérumen avec différentes concentrations de poussière», explique-t-elle. «Nous allons ajouter de la poussière aux échantillons de cérumen, observer si une fracture se produit et tracer le point de fracture par rapport à la concentration de poussière.» Noel ajoute que cela pourrait fournir des informations sur la longévité des futurs systèmes de filtration.
Le cérumen humain est efficace pour capter la poussière, car il crée un voile autour des poils. (A. Noel, Z. Zachow et D. Hu, Georgia Tech) Avec la recherche en cours, il est quelque peu prématuré de définir des applications potentielles, à ce stade-ci, explique Noel. Elle continue d’envisager un système de filtration de l’air domestique comprenant une substance ressemblant à du cérumen optimisée pour une capacité maximale de poussière et des points de fracture. Pourtant, ses roues tournent. En tant que passionnée de l’espace, elle dit qu’elle aimerait un jour «adorer l’application de ce logiciel à de l’espace».
Beth Rattner, directrice exécutive du Biomimicry Institute de Missoula, dans le Montana, était heureuse d'apprendre les recherches de Noel.
«Nous sommes toujours ravis d'entendre parler de l'implication des scientifiques dans de nouvelles opportunités de recherche et de la manière dont ils pourraient inspirer des technologies créatives et plus durables», a déclaré Rattner. «C’est particulièrement fascinant que cela implique du cérumen, une chose avec laquelle nous vivons tous tous les jours mais auquel nous pensons rarement. Espérons qu'un jour, nous lirons sur AskNature.org, nos lecteurs, parler des filtres à air high-tech inspirés du cérumen, ainsi que des filtres à eau inspirés des protéines de la baleine et de l'aquaporine.
AskNature.org est un site Web du Biomimicry Institute qui permet à la communauté de trouver, organiser et créer des stratégies et des solutions de conception durables, toutes inspirées par la nature.
Au sein de Biomimicry 3.8 - l'organisation sœur de l'Institut - Mark Dorfman a travaillé comme chimiste en biomimétisme pendant 10 ans. Les recherches sur le cérumen de Noel lui font penser aux méduses, à toutes choses.
Quand les méduses pompent leur corps, explique-t-il, elles génèrent des tourbillons qui créent un flux spécifique. Cela pourrait signifier que les futurs systèmes de filtration des poussières pourraient éventuellement comporter des tubes en forme de dard, suspendus, qui fonctionnent en tandem avec des substances analogues au cérumen, le tout dans le but de diriger, capturer et filtrer les particules de manière appropriée.
Dorfman est également intrigué par les caractéristiques en ruine de la cire auriculaire, qui selon lui pourraient avoir une valeur commerciale potentielle.
«Les processus industriels sont souvent continus et non discontinus. Il est donc important d'éviter les opérations de nettoyage pour nettoyer les systèmes de filtration», explique-t-il. «C'est pourquoi l'idée de substances collantes qui piègent les particules en suspension dans l'air n'a pas souvent été une option souhaitable. Cependant, si la substance collante change de propriétés à la suite d'une saturation en particules, de sorte qu'elle tombe du support de type web auquel elle est liée, je pense qu'elle pourrait présenter un intérêt renouvelé en tant que solution viable. "
Les roues de Dorfman tournent aussi.
"Peut-être pourrait-il y avoir un système dans lequel une substance ressemblant à de la cire auriculaire serait appliquée en couches, de sorte que lorsque la couche de surface devienne saturée et tombe, une nouvelle couche de capture de particules nouvelle est exposée", dit-il. "Je suis toujours étonné par le fait que la nature révèle toujours de nouvelles stratégies surprenantes pour des solutions inspirantes aux défis industriels modernes."
Pour Noel, la recherche de solutions dans la nature ne s'arrête pas au cérumen. Elle a exploré la langue des chats. Noel a même eu la chance d'observer la langue d'un tigre, une situation qui s'est produite après la mort du tigre du zoo d'Atlanta, Kavi, à la fin de l'année dernière.
Les langues des chats sont recouvertes d'épines flexibles qui saisissent les enchevêtrements dans la fourrure et les taquinent. L’étude des forces de perforation entre en ligne de compte, explique Noel.
«Nous envisageons une sorte d'application unique de brosse démêlante et facile à nettoyer provenant de ce travail de la langue du chat», a déclaré Noel. «Je peux facilement imaginer une brosse humaine ou pour animaux de compagnie, mais nous examinerons également des applications alternatives telles que les technologies de nettoyage de tapis.»
Toutes ces recherches sont certainement intéressantes, pour le moins qu'on puisse dire. Où ça va d'ici?
Disons simplement que nous garderons une oreille attentive pour les détails futurs.
