Reproduction du caractère mi-solide, mi-liquide de la soie d’araignée
Des scientifiques ont découvert une propriété inconnue de la soie d’araignée et ils l’ont utilisée pour créer un nouveau matériau « hybride ». Le nouveau fil inspiré par la nature, qui agit à la fois comme un solide et un liquide, pourrait conduire à une foule de nouveaux matériaux et technologies.
La soie d’araignée, trouvée dans la nature, dispose d’une résistance à la traction comparable à l’acier et une élasticité similaire à celle du caoutchouc. Ces deux propriétés la rendent deux à trois fois plus résistante que le kevlar et le nylon. De plus, la soie d’araignée est collante, antimicrobienne, hypoallergénique et biodégradable. Ainsi, les scientifiques et les ingénieurs aimeraient maitriser ses propriétés pour développer des matériaux synthétiques robustes.
De nouvelles recherches, menées par des scientifiques de l’université d’Oxford et de l’université Pierre et Marie Curie, à Paris, ont découvert une autre remarquable de ses particularités : la soie produite par les araignées de la famille des Araneidae (araignée Orb, commune aux Etats-Unis) est toujours tendue, même après avoir été étirée à plusieurs fois sa longueur initiale. De plus, elle se contracte d’une manière qui est tout à fait analogue à un liquide.
(Hervé Elettro et Col., PNAS 2016)
Lorsque la soie d’araignée est comprimée, ses filaments raccourcissent en s’enroulant à l’intérieur de minuscules gouttelettes de colle aqueuse qui adhèrent aux fils, permettant à la toile de rester sous tension. Le processus est réversible, ce qui permet au fil d’être étendu.
Selon le coauteur de l’étude, Fritz Vollrath, de l’université d’Oxford :
Les milliers de minuscules gouttelettes de colle qui couvrent la toile de capture de l’araignée orb font beaucoup plus que de rendre la soie collante et d’attraper les mouches. Étonnamment, chaque goutte renferme assez de tension dans ses peaux saturées d’eau pour enrouler des morceaux de fil. Et ce “comportement de treuillage” est utilisé pour conserver la tension des fils en tout temps, comme nous pouvons tous l’observer et le tester dans les toiles dans nos jardins.
Vollrath et son équipe se sont inspirés de ce “fil liquide” pour créer leurs propres fibres composites en laboratoire. Ils ont puisé dans l’équilibre délicat et subtil qui existe entre l’élasticité de la fibre et les tensions de surface des gouttelettes. La soie artificielle en résultant se comporte comme celle de l’araignée : les fils se sont enroulés et déroulés à l’intérieur des gouttelettes d’huile alors qu’ils s’étendaient et se contractaient.
Le matériau est considéré comme un hybride, car il se prolonge comme / à la manière d’un solide et se comprime comme un liquide. Le processus est similaire à ce qui est observé lorsque des gouttelettes d’eau entrent en contact les unes avec les autres.
Finalement, ces fils hybrides pourraient conduire à des progrès dans la science des matériaux, l’ingénierie et la médecine.
Selon le premier auteur Hervé Elettro :
Nos fils hybrides bio-inspirés peuvent être fabriqués à partir de pratiquement tous les composants. Ces nouvelles connaissances pourraient conduire à un large éventail d’applications, telles que la microfabrication de structures complexes, des micromoteurs ou des systèmes auto-extensibles sous tension.
L’étude publiée dans PNAS : In-drop capillary spooling of spider capture thread inspires hybrid fibers with mixed solid–liquid mechanical properties.