Cinq fois plus résistante que l’acier, la soie d’araignée possède des propriétés mécaniques uniques, parmi tous les autres polymères connus. Ces caractéristiques étonnantes, bien que connues depuis de nombreuses années, n’ont toujours pas d’explications claires quant à leurs origines. Une situation qui pourrait être sur le point de changer grâce à une équipe de physiciens américains ayant montré que la résistance de la soie d’araignée provient de sa structure organisée en microfibres.

La soie d’araignée montre une spectaculaire combinaison de résistance à la traction et d’extensibilité, unique parmi tous les polymères de fibres synthétiques ou biogéniques ; à taille humaine, une toile d’araignée pourrait arrêter un avion de ligne. Elle a donc suscité un grand intérêt pour la compréhension des matériaux à haute résistance à base de protéines, et a inspiré la conception de matériaux synthétiques similaires.

Les propriétés des fibres de soie sont réputées provenir de leur structure et organisation hiérarchiques. Cependant, en l’absence de résultats expérimentaux non ambigus, plusieurs modèles structurels incompatibles entre eux ont été proposés, certains impliquant différents composants fibrillaires.

Pour déterminer comment la soie d’araignée est cinq fois plus résistante que l’acier, les scientifiques ont analysé la soie utilisée par les araignées recluses brunes (Loxosceles reclusa) venimeuses, afin de créer leurs toiles et retenir leurs œufs à l’aide d’un microscope à force atomique. Ils ont constaté que chaque brin (1000 fois plus fin qu’un cheveu humain) est en réalité composé de milliers de nanofibres, ne dépassant pas 20 millionièmes de millimètres de diamètre, selon des résultats publiés dans la revue ACS Macro Letters.

Comme un câble minuscule, chaque fibre de soie est entièrement composée de nanofibres parallèles, dont la longueur mesurée est d’au moins 1 micron et peut résister à des forces allant jusqu’à 120 nN. Et les chercheurs pensent qu’elles pourraient s’étirer encore plus. L’idée selon laquelle des nanofibres constituent la soie d’araignée a déjà été proposée, mais jusqu’à présent, rien n’indiquait qu’elles constituaient complètement les fibres de soie.

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nanofibres soie araignee

La soie d’araignée est en réalité composée d’un assemblage de microfibres d’au moins 1 μm de long et 20 nm de diamètre. Crédits : Qijue Wang/Hannes C. Schniep

Les chercheurs ont utilisé la soie unique de l’araignée recluse brune, qui, contrairement à la plupart des autres, consiste en un ruban plat par opposition à une fibre cylindrique, ce qui facilite l’examen sous l’objectif d’un puissant microscope. Cette nouvelle découverte s’appuie sur les conclusions de l’équipe de l’année dernière, qui démontraient comment l’araignée recluse brune renforce ses principaux fils de soie avec une technique de bouclage spéciale.

ruban plat soie araignee

La soie de l’araignée recluse brune est particulière car elle prend la forme d’un ruban plat, par comparaison à la forme cylindrique retrouvée chez la majorité des autres espèces d’araignées. Crédits : Qijue Wang/Hannes C. Schniep

Équipée d’un minuscule crochet ressemblant à une machine à coudre, l’araignée tisse environ 20 microboucles par millimètre de soie qu’elle produit, renforçant la structure en cours d’élaboration. Si toutes les araignées ne partagent pas la technique des rubans plats et des boucles, cette étude pourrait ouvrir une nouvelle fenêtre sur l’exploration des fibres d’autres espèces.

De telles études pourraient ouvrir la voie à la création de nouveaux matériaux pouvant être utilisés en médecine et en ingénierie. Mais la soie synthétique d’araignée a été notoirement difficile à créer. Entre-temps, les chercheurs espèrent que leurs travaux aideront à dévoiler l’un des matériaux les plus résistants du monde naturel.

Cette vidéo récapitule la découverte des chercheurs concernant l’organisation structurelle en microfibres de la soie d’araignée recluse brune :

Source : ACS Macro Letters

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