à quoi servent nos empreintes digitales

Voici pourquoi les scientifiques ne savent toujours pas à quoi servent nos empreintes digitales

Bien plus qu’un simple motif sur nos doigts, les empreintes digitales révèlent un système sophistiqué permettant une adhérence optimale. © StockAz, iStock

Les empreintes digitales servent à mieux agripper les objets : l'explication paraissait acquise. Une expérience menée sur une plaque de verre acrylique a montré l'inverse, les crêtes réduisant la surface de contact. Dix ans plus tard, une autre équipe a proposé une réponse qui déplace complètement la question du côté de… l'humidité.

Les empreintes digitales sont l'apanage des humains, des primates et des koalas. Tous descendent d'espèces arboricoles, ce qui a longtemps orienté l'interprétation : ces reliefs augmenteraient l'adhérence sur les branches en accroissant la friction entre la peau et l'objet. Cette explication, largement admise, s'est révélée plus fragile qu'on ne le pensait.

L'expérience qui a fait vaciller l'hypothèse

Roland Ennos, biomécanicien à l'université de Manchester, et l'étudiant Peter Warman ont conçu un dispositif pour mesurer directement la friction entre une pulpe de doigt et une plaque de verre acrylique. Un système lesté permettait de faire varier la force appliquée, de changer de doigt et de modifier l'angle de contact.

Le résultat contredit l'intuition. Avec des solides ordinaires, la friction augmente proportionnellement à la force exercée. Ici, elle progressait bien moins que prévu. La pulpe se comportait davantage comme une surface caoutchouteuse : ce qui déterminait la friction n'était pas la force appliquée mais l'aplatissement du doigt, un doigt plus plat augmentant la surface de contact.

Or les crêtes et les sillons produisent l'effet inverse. Ils réduisent la surface effectivement en contact avec une surface lisse, et donc la friction. Les deux chercheurs en concluaient qu'il fallait réévaluer le rôle des empreintes digitales, publiant ces travaux dans le Journal of Experimental Biology

Les hypothèses restées en lice

L'hypothèse de la friction accrue étant écartée sur surface lisse, plusieurs pistes subsistaient. Les crêtes pourraient améliorer la prise sur les surfaces rugueuses, en pénétrant dans leurs creux pour augmenter la surface de contact, mécanisme qui ne fonctionne pas sur une plaque lisse.

• Elles pourraient évacuer l'eau à la manière des rainures d'un pneu, améliorant l'adhérence sur surface mouillée.
• Elles pourraient accroître la surface de contact à mesure que la force de préhension augmente.
• Elles pourraient enfin renforcer la sensibilité tactile.

Les empreintes digitales sont le résultat d'une adaptation évolutive pour optimiser la préhension et la locomotion en régulant finement l’humidité de la peau.

Une réponse par l'humidité

Une étude publiée en 2020 dans les Proceedings of the National Academy of Sciences a considérablement clarifié le tableau, en réunissant des chercheurs de l'université de Birmingham et de plusieurs institutions sud-coréennes, dont les universités nationale de Séoul et Yonsei.

Leur point de départ  est anatomique. Les crêtes des mains et des pieds des primates comportent une densité de glandes sudoripares supérieure au reste du corps. Cette particularité permet un réglage fin de l'humidité cutanée.

L'imagerie laser a révélé un double mécanisme. Lorsque la peau est trop sèche, les pores se bloquent, ce qui retient l'humidité. Lorsqu'elle est trop mouillée, la forme particulière de la section des sillons accélère l'évaporation de l'excès d'eau, les crêtes fonctionnant comme des tubes capillaires.

Ces deux fonctions convergent vers le même résultat : maintenir dans les crêtes un taux d'hydratation optimal de la couche de kératine, celui qui maximise la friction, que le doigt soit initialement sec ou humide.

Mike Adams, professeur à l'université de Birmingham et coauteur, résume l'enjeu de façon concrète : ce réglage évite le glissement brutal et permet de ne pas laisser échapper l'objet tenu.

Ce que cela change

Cette lecture réconcilie les observations apparemment contradictoires. Les empreintes améliorent la friction sur surface lisse, favorisent l'accrochage sur surface rugueuse et renforcent la sensibilité tactile, mais l'essentiel se joue par la régulation de l'humidité plutôt que par la géométrie seule.

Selon les auteurs, ce double dispositif a conféré aux primates un avantage évolutif en conditions sèches comme humides, offrant des capacités de manipulation et de locomotion inaccessibles à des animaux aux coussinets lisses, ours ou grands félins  

Les applications  sont plus immédiates qu'on ne l'imaginerait. La friction du doigt conditionne le fonctionnement des retours haptiques sur écran tactile, dont l'efficacité diminue lorsque la pulpe est sèche. Distinguer au toucher des textures fines, un textile par exemple, repose sur des vibrations  latérales qui nécessitent précisément cette friction. La compréhension de ce mécanisme intéresse donc aussi la conception de capteurs tactiles, de prothèses et de mains robotiques.

Source : https://www.futura-sciences.com