12. Notre mémoire bioferroélectrique
Plusieurs matériaux biologiques ont été reconnus comme possédant des propriétés bio-ferroélectriques.
Le bois (d’un piano, d'un violon) et l’os (d’un tibia) sont des matériaux ferroélectriques.
Les os du crane sont les microphones pour l’ouïe, les os de la mâchoire, des haut-parleurs pour des chanteurs lyriques.
Des polymères synthétiques comme les Nylon, sont d’excellents matériaux ferroélectriques
Ce serait H. Richard Leuchtag et Vladimir S. Bystrov qui aurait proposé le terme de bioferroélectricité
Pourquoi pas ? Ce bio indiquerait que la ferroélectricité des substances biologiques serait différente de celle des autres matériaux et nous obligerait à mettre en place des nouveaux modèle physico-mathématiques
Dans son Histoire du Monde en 100 objets Neil MacGregor nous raconte que Le Tambour à fente soudanais peut produire deux sons, voire quatre, quand un musicien le frappe avec une baguette traditionnelle
Le bois de ce tambour (taillé dans un arbre du genre Gibourtia, de la famille des Fabaceae) transforme la contrainte mécanique du choc en des sons.
C’est en étudiant la sonorité du piano que, vers 1950, Fukada a relié la piézoélectricité du bois à la musicalité ce cet instrument de musique. (Voir Notre mémoire gliale, protéique, plastique et ferroélectrique. Piézoélectricité)
Le bois serait un transducteur, à la fois micro et haut-parleur donnant, s'il est bien choisi, de la « rondeur » au son.
Cette double propriété expliquerait l’importance cruciale des bois et colles utilisées pour un autre instrument, le violon.
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Inventée par Thomas Fowler en 1840.
Son originalité ne réside pas dans l’utilisation du bois et de ses propriétés hystérétiques, mais d’un système ternaire, c'est à dire à base trois (et non pas binaire comme nos ordinateurs) comme on le voit en bas à gauche
Parmi les substances végétales beaucoup plus ferroélectriques que le bois et pas trop exotiques, on trouve les grains d’amidon ... de pois sur la figure.
La ferroélectricité des tendons et plus spécifiquement d’un de ses constituants essentiel, l’élastine, une protéine, a déjà été évoquée. Ces propriétés ont permis d’imaginer ce que pourraient être les propriétés des protéines de mémoire.
Revenons sur un matériau biologique moins plastique : l’os.
La figure de droite (b) montre les valeurs de polarisation en trois dimensions d’une petite partie d’un tibia. On peut noter une certaine hétérogénéité autour d’une valeur moyenne, comme cela doit être le cas pour les protéines de mémoire.
Figures empruntées à Bystrov V.S. et al. chapitre 7
Remarque : l’os, et on pourrait s’y attendre, est dix fois "moins ferroélectrique" que le tendon.
Il semble que ces propriétés soient particulièrement « utiles » au cours de la croissance des os et du remodelage suite à une fracture
De plus, l’utilisation d’un polymère d’acide L-lactique (PLLA), en bâtonnets et étiré dans le sens longitudinal,
(et dont la piézoferroélectricité est beaucoup plus grande que celle de l’os)
accélère la croissance de l’os du tibia, coupé, d’un chat.
Ce bio-polymère stimulerait l’activité biologique des ostéocytes.
L’exemple le plus célèbre est certainement celui de Ludwig van Beethoven quand devenu sourd, il était contraint d’utiliser sa canne pour entendre la musique.
Le génial compositeur serait entre ses dents ce morceau de bois et le plaçait en contact avec son piano, ou même avec le parquet en bois de sa salle de musique.
Le système microphone haut-parleur de la piézoélectricité du bois puis les os de sa mâchoire servaient de transducteurs piézoélectriques.
Plusieurs sociétés proposent aujourd'hui aux malentendants des appareillages basés sur le principe de la conduction osseuse.
Dans une amicale conversation, un artiste de la Compagnie des Maîtres Sonneurs, Sylvain Falipou, me signalait que les meilleurs barytons, comme lui, doivent avoir une puissance ossature mandibulaire.
Il me donnait comme (autre) exemple, le baryton mongol Amatuvshin Enkhbat qui avait triomphé dans Nabucco à Lyon après Vérone, ou dans Rigoletto à Gênes.
Pour ces chanteurs lyriques, la masse osseuse est un émetteur piézoélectricité dont les ondes s’ajoutent à leur voix.
Dans son History and Recent Progress in Piezoelectric Polymers, en 2000, Eiichi Fukada nous rappele que ...
... le simple nylon développe une « belle » courbe d’hystérésis
- Le nylon-11, ou Rislan®, est obtenu par la polymérisation de l’acide amino-undécanoïque. un acide gras en C11 produit, à l’origine, à partir de l’huile de ricin.
- Le nylon-7, ou polyheptanamide, est obtenu par la polymérisation de l’acide amino-heptanoïque, un acide gras en C7
- Le PVF2 est le polyvinylidene fluoride.
Eiichi Fukada répertorie d’autres polymères comme :
- le polymère d’acide L-lactique, déjà cité pour accélérer la reconstitution d’un os après une fracture.
- des copolymères de vinylcyanide et de vinylacetate,
- des copolymères de vinylidene fluoride et trifluoroethylene préparés par Ohigashi et al. de façon a recouvrir un support d’une “single crystalline films” ferroélectrique, procédé qui pourrait se révéler très utile dans ses applications.
- des polymères de poly urées aliphatiques préparées par le même Eiichi Fukada, et son équipe, de façon à former également un film, dont les courbes d’hystérésis sont indiquées ci-contre
Côté exotisme, Eiichi Fukada signale
- des “Gramophone pickups” proposés dans les années soixante dont la partie piézoélectrique était constituée de tendons, d’os ou de fanons de baleine.
-
- un microphone utilisant un polymère : du polymethyl glutamate (PMG)
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L’écho qui apparaît dans un cylindre d’un matériau ferroélectrique (du nobiate de lithium) met en évidence l’importance de la
compartimentation, comme celle sépare chaque protéine de mémoire.
L’ensemble des protéines de mémoire serait comparable à un orchestre.
La perte de mémoire du cylindre par une augmentation de température est-elle semblable aux modifications biologiques qui peuvent modifier l’agencement des protéines de mémoire
Des nouveaux polymères organiques ferroélectriques ont été proposés.
L’un d’eux, nous rapproche des protéines puisqu’il est flexible et constitué d’imidazoles substitués, or le noyau imidazole est la « partie active » d’un acide aminé protéinogène : l’histidine.
Cette activité est connue dans le site actif de nombreuses enzymes.
L’exotisme de ses propriétés des polymères d’imidazoles substituées anticipe-t-elle celui des protéines de mémoire ?