Des larmes de cristal

Des chercheurs de l'université britannique d'Exeter ont constaté que les larmes, loin d'être de l'eau simplement salée comme le prétend la tradition, sont des liquides extrêmement complexes dont la surface rappelle fortement la structure de la membrane des cellules.

Le film de larme qui couvre et humidifie nos yeux doit remplir plusieurs fonctions. En particulier, il doit empêcher les poussières ou les micro-organismes de pénétrer, tout en maintenant l'eau à l'intérieur et en l'empêchant de se vaporiser. C'est pourquoi ce film liquide possède un enduit protecteur épais de seulement une ou deux molécules, un peu comme la surface d'une bulle de savon. Peter Petrov et ses collègues ont étudié la composition de cet enduit, constitué d'un mélange d'une grande variété de molécules biologiques, de façon à mieux comprendre comment il accomplit cette tâche.

Certains des composants moléculaires de la "peau" des larmes sont en réalité tout à fait semblables à des molécules du savon: des lipides qui, comme les principaux constituants de la membrane des cellules, ont un "avant" hydrosoluble et un "arrière" insoluble. A la surface de l'eau, ces molécules ont tendance à se disposer en couches d'une molécule d'épaisseur, avec leur devant submergé et leur arrière insoluble qui les pousse hors de l'eau. Mais certains autres constituants des larmes sont totalement hydrophobes: ils se dissolvent aisément dans les graisses, mais à peine dans l'eau. De telles molécules tendent à se regrouper d'elles-mêmes en gouttelettes compactes à la surface de l'eau, comme des gouttelettes d'huile ou de graisse.

Comment ce mélange s'organise-t-il en une pellicule de larme ? Petrov et son équipe de chercheurs ont essayé de répondre à cette question en comparant la réflexion de rayons X sur la surface de larmes naturelles (de vaches) et sur des substances artificielles analogues constituées d'un mélange de lipides et de composés graisseux. Leur étude a montré que, dans les deux cas, les molécules semblent s'aligner à la surface de l'eau le long de motifs réguliers et ordonnés, un peu comme des cristaux bidimensionnels.

En ajoutant des molécules fluorescentes aux larmes synthétiques ne contenant que des composants lipidiques, les chercheurs ont constaté que les lipides se scindaient en deux états différents: un état relativement désordonné, comme un liquide bidimensionnel, entremêlé à des gouttes disposées en un réseau cristallin compact, formant de remarquables motifs floraux.

Des composants gras rajoutés par la suite au mélange provoquent la formation d'une espèce de mousse au-dessus des lipides, leur permettant de rester hors de l'eau. Les chercheurs pensent que ces propriétés permettent aux larmes de conserver une structure relativement continue même lorsqu'elles sont fortement compressées ou étirées, comme cela peut par exemple se produire lorsque nous clignons des yeux: quand la pellicule est comprimée, les cristaux de lipides s'élargissent légèrement, puis lorsqu'elle est étirée, ils redeviennent plus petits.

Petrov et son équipe ont décrits leurs travaux lors de la conférence "Condensed Matter and Materials Physics", organisée ces jours derniers à Exeter par l'Institut de Physique britannique.