La soie d'araignée est connue depuis longtemps comme le matériau naturel le plus durable. Certaines espèces d'araignées, comme l'araignée recluse brune, produisent une soie cinq fois plus résistante que l'acier. Mais on peut aussi se demander pourquoi la soie d'araignée paraît si fragile et pourtant si durable. C'est une question qui intrigue les scientifiques , et ils n'ont trouvé la réponse que récemment.
La soie d’araignée est très résistante, même plus résistante que le fil d’acier.
La soie d'araignée a une structure unique
La soie d'araignée est une fibre protéique que les araignées produisent et tissent. Elles l'utilisent pour tisser des toiles afin d'attraper leurs proies ou de protéger leurs œufs et leurs bébés. La structure solide de ces fibres de soie leur permet de capturer des proies plusieurs fois plus grosses qu'elles.
Récemment, des chercheurs de l'École des sciences appliquées du College of William and Mary ont utilisé la microscopie à force atomique pour observer la structure microscopique des fibres de soie que les araignées recluses brunes fabriquent pour protéger leurs œufs et attraper leurs proies. Ils ont découvert que chaque filament de soie d'araignée, plus fin qu'un cheveu humain, est en réalité constitué de milliers de nanofibres différentes, de seulement 20 nm de diamètre et d'environ 1 μm de long.
Ces nanofibres peuvent paraître courtes, mais elles peuvent s'étirer jusqu'à plus de 50 fois leur taille initiale. Cette structure confère à la soie d'araignée une grande résistance et une grande solidité, jusqu'à cinq fois supérieures à celles d'une barre d'acier de même taille.
La soie d’araignée peut s’étirer jusqu’à 50 fois sa taille d’origine.
Auparavant, des scientifiques du monde entier avaient affirmé que la soie d'araignée était fabriquée à partir de nanofibres, mais il n'y avait aucune preuve solide jusqu'à ce que cette découverte soit publiée dans la revue scientifique ACS Macro Letters (USA).
C'est parce que la soie de la recluse brune est composée de nanofibres disposées en nappes plates plutôt qu'en cylindres comme la plupart des autres araignées. Cela facilite leur observation par microscopie à force atomique.
Cette découverte s'ajoute aux recherches menées par l'équipe en 2017, démontrant comment les araignées recluses brunes renforcent leur soie grâce à une technique de bouclage spéciale. Telle une minuscule machine à coudre, les araignées recluses brunes tissent environ 20 nanofibres pour chaque millimètre de soie qu'elles filent, renforçant ainsi la soie pour qu'elle ne se casse pas.
Un fil de soie d'araignée est « sacrifié » pour maintenir la structure globale.
Des experts en mécanique moléculaire ont examiné les toiles de différentes espèces d'araignées, dont l'araignée de jardin européenne Araneus diadematus et l'araignée tisseuse Nephila clavipes. En étudiant la soie à l'échelle moléculaire, ils ont découvert qu'ils pouvaient expliquer la résistance des toiles d'araignées.
Le Dr Buehler explique que les fibres de soie individuelles peuvent être « sacrifiées » pour maintenir la structure globale. « Lorsqu'une fibre de soie est tirée, sa structure moléculaire s'étire sous l'effet de la force, ce qui étire la fibre », explique-t-il.
La soie d’araignée ne se brise que lorsqu’elle veut conserver sa structure globale.
Ce changement se déroule en quatre étapes : la première, le filament entier est étiré ; la seconde, une phase de relaxation, où les protéines se « déplient ». La troisième, le filament, subit une phase de rigidité qui absorbe la plus grande quantité de force. La dernière étape, avant la rupture du filament, est comparée par Buehler à l’arrachement d’un morceau de ruban adhésif ; la rupture du filament nécessite également une force importante, car les protéines sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène collantes.
« La résistance d’une toile d’araignée n’est pas seulement due à la résistance du fil de soie, mais aussi à la façon dont ses propriétés mécaniques changent lorsqu’on le tire », a déclaré le Dr Buehler.
Tuyet Anh (Source : Synthèse)
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