Par une froide journée d'hiver, Moneesh Upmanyu s'est promené avec son fils près de leur maison à l'extérieur de Boston. Ils passèrent devant un buisson de rhododendrons, ses épaisses feuilles vertes s'enroulaient en tubes minces qui pendaient mollement à leurs tiges. Il avait l'air mort, ou mourant.

Mais quand Upmanyu, professeur de génie mécanique et industriel à Northeastern, est passé devant l'endroit quelques jours plus tard, un jour plus chaud, la plante semblait avoir repris vie. Les feuilles étaient étalées à plat et levées vers le soleil. Son fils avait une question :pourquoi ?

"Je n'avais pas de réponse, " dit Upmanyu. Mais il a décidé de le découvrir.

Upmanyu étudie les propriétés structurelles de différents matériaux et leur réaction aux stimuli, pour une utilisation dans des choses comme la microélectronique ou les systèmes robotiques. Dans un article récent figurant sur la couverture du numéro de ce mois-ci Journal de la Royal Society Interface , Upmanyu et ses collègues ont examiné les aspects mécaniques de la façon dont les feuilles de rhododendron s'enroulent et s'affaissent.

« En robotique, dispositifs microélectroniques, vous voulez concevoir des commutateurs qui peuvent établir un contact et se déconnecter uniquement en fonction d'un stimulus, comme la température, léger, ou même toucher, " dit Upmanyu. " Ce type de compréhension est assez important pour concevoir des structures actives."

Dans ce cas particulier, il s'agit du mouvement de l'eau, dit Upmanyu. Lorsque les températures chutent, l'eau passe de la tige à la feuille, provoquant l'affaissement de la tige. L'eau est distribuée à travers la feuille de manière inégale, et comme il gèle, il provoque l'expansion du haut de la feuille et la contraction de la face inférieure. Cela fait que la feuille commence à s'enrouler.

Si c'était la fin, bien que, la feuille s'enroulerait uniformément vers le bas, résultant en une forme de tasse à l'envers. Ce qui fait rouler les feuilles dans un cigare serré, ce sont leurs épines raides, ou nervures médianes, qui descend au centre de la feuille, dit Hailong Wang, auteur principal de l'étude et professeur à l'Université des sciences et technologies de Chine.

"La feuille ne peut pas se plier dans une structure hémisphérique en forme de dôme - elle ne doit se plier que dans une seule direction, que la nervure médiane raide choisit, " dit Wang, qui a reçu son doctorat de Northeastern en 2010. "La courbure ne se développe que dans une direction, mais c'est amplifié."

Lorsque les chercheurs ont coupé des bandes de feuilles de rhododendron, les séparant de la nervure médiane, ils s'enroulent et se tordent librement dans toutes les directions. Mais avec le curling limité par la nervure médiane, ces forces sont redirigées dans une seule direction, provoquant une boucle beaucoup plus serrée.

"C'était une surprise pour moi, " dit Erik Nilsen, un écologiste de Virginia Tech qui a collaboré à l'étude. "Je pensais que la force motrice pour se déplacer était horizontale sur la feuille, parce que la feuille s'enroule des bords vers le bas."

La raison biologique de ce curling, Nilsen dit, est d'aider ces plantes à survivre en hiver.

Les rhododendrons conservent leurs feuilles vertes tout l'hiver, malgré la croissance en dur, conditions alpines. Comme les arbres à feuilles caduques autour d'eux perdent leurs feuilles, la lumière solaire supplémentaire atteint les rhododendrons. Mais par temps très froid, ils ne peuvent pas l'utiliser - leur métabolisme s'arrête.

"Donc, ils absorbent des radiations et ils n'ont pas les mécanismes biochimiques pour transférer ces radiations dans la photosynthèse, " dit Nilsen. "Ils ont beaucoup d'énergie qui entre dans la feuille et rien à voir avec ça."

Ce rayonnement peut endommager les feuilles. En s'enroulant et en tombant, les feuilles de rhododendron réduisent considérablement la quantité de soleil qui les frappe lorsqu'elles ne peuvent pas l'utiliser.

Cela peut aussi les aider à décongeler plus lentement après un gel, dit Upmanyu. Si les feuilles dégèlent et se déroulent trop rapidement, les aiguilles de gel pourraient percer et endommager la surface des feuilles.

Comprendre comment ces mécanismes fonctionnent dans les rhododendrons pourrait potentiellement aider les scientifiques à concevoir des cultures plus résistantes au froid. Mais Upmanyu s'intéresse également à la façon dont ces mêmes principes peuvent être appliqués à l'ingénierie.

« Je m'intéresse à la façon dont les feuilles changent de forme et à la façon dont nous pouvons programmer des structures intelligentes, et la nature offre souvent des stratégies robustes à exploiter, " dit Upmanyu. " C'était un bel exemple de changement de forme réversible, où le mouvement de l'eau entraîné par la température était un stimulus.