Pourquoi la soie d'araignée est-elle plus résistante que l'acier malgré sa grande fragilité ?

La soie d'araignée est reconnue depuis longtemps comme le matériau naturel le plus incroyablement résistant. Certaines espèces, comme la recluse brune, produisent même une soie cinq fois plus résistante que l'acier. Mais on peut se demander pourquoi cette soie, d'apparence si fragile, est si incroyablement durable. Cette question a longtemps intrigué les scientifiques , qui n'ont trouvé la réponse que récemment.

La soie d'araignée est très résistante, encore plus résistante que le fil d'acier.

La soie d'araignée possède une structure unique.

La soie d'araignée est une fibre protéique produite et tissée par les araignées. Elles l'utilisent pour créer des toiles afin de capturer leurs proies ou de protéger leurs œufs et leurs petits. La robustesse de ces fibres leur permet de capturer des proies plusieurs fois plus grosses qu'elles.

Des chercheurs du College of William and Mary (États-Unis) ont récemment utilisé la microscopie à force atomique pour observer la microstructure des fibres de soie que les araignées recluses brunes produisent pour protéger leurs œufs et capturer leurs proies. Ils ont découvert que chaque filament de soie, plus fin qu'un cheveu humain, est en réalité composé de milliers de nanofibres différentes, d'un diamètre de seulement 20 nm et d'une longueur d'environ 1 μm.

Ces nanofibres peuvent paraître courtes, mais elles peuvent s'étirer plus de 50 fois leur longueur initiale. Cette structure confère à la soie d'araignée une résistance et une solidité exceptionnelles, jusqu'à 5 fois supérieures à celles d'une barre d'acier de même dimension.

La soie d'araignée peut s'étirer jusqu'à 50 fois sa taille initiale.

Auparavant, des scientifiques du monde entier affirmaient que la soie d'araignée était fabriquée à partir de nanofibres, mais il n'y avait aucune preuve solide jusqu'à la publication de cette découverte dans la revue scientifique ACS Macro Letters (États-Unis).

Ceci s'explique par le fait que la soie de la recluse brune est composée de nanofibres disposées à plat, et non selon une structure cylindrique comme chez la plupart des autres araignées. Cette structure facilite leur observation par microscopie à force atomique.

Ces résultats complètent les recherches menées par l'équipe en 2017, qui ont démontré comment les araignées recluses brunes renforcent leur soie grâce à une technique de bouclage particulière. Tels de minuscules machines à coudre, ces araignées tissent environ 20 nanofils par millimètre de soie, la consolidant ainsi et l'empêchant de se rompre.

Un seul brin de soie d'araignée est « sacrifié » pour maintenir la structure globale.

Des spécialistes de la mécanique moléculaire ont examiné les toiles de différentes espèces d'araignées, notamment l'araignée-jardin européenne Araneus diadematus et l'araignée tisseuse de toiles Nephila clavipes. En étudiant la soie au niveau 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'on tire sur une fibre de soie, sa structure moléculaire s'étire à mesure que la force augmente, ce qui étire la fibre », explique-t-il.

La soie d'araignée ne se rompt que lorsqu'elle veut maintenir sa structure globale.

Ce changement se déroule en quatre étapes : d’abord, le filament entier s’étire ; ensuite, une phase de relaxation où les protéines se déplient ; puis, une phase de rigidité où le filament absorbe la plus grande partie de la force. La dernière étape, avant la rupture du filament, est comparée par Buehler à l’arrachement d’un morceau de ruban adhésif ; là encore, une force importante est nécessaire pour rompre le filament car les protéines sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène fortes.

« La résistance d'une toile d'araignée ne tient pas seulement à la solidité du fil de soie, mais aussi à la façon dont ses propriétés mécaniques changent lorsqu'on tire dessus », a déclaré le Dr Buehler.

Tuyet Anh (Source : Synthèse)

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Source: https://vtc.vn/vi-sao-to-nhen-ben-hon-thep-du-rat-mong-manh-ar801688.html