Démêler les secrets de la soie des araignées et des vers
Des araignées-robots tissant des toiles géantes en soie pour récupérer les déchets de l’espace? Ce qui ressemble à de la science-fiction pour certains pourrait en réalité déclencher l’imagination chez d’autres. La force, la résistance et la stabilité thermique exceptionnelles de la soie ont suscité un grand intérêt ces dernières années, inspirant la fabrication d’homologues synthétiques imitant sa structure et sa fonction biologiques. Partiellement soutenue par les projets FLIPT et SABIP, financés par l’UE, une équipe de scientifiques a prouvé que les soies naturelles peuvent résister au froid, certaines devenant même encore plus résistantes. Leurs résultats ont été publiés dans la revue «Materials Chemistry Frontiers». L’équipe a étudié «le comportement et la fonction de plusieurs soies animales en se concentrant sur les fibres multifibrillaires du vers à soie Antheraea pernyi refroidies à –196 °C». Un communiqué de presse publié par l’Université d’Oxford, partenaire du projet, résume les résultats. Ce communiqué souligne que «l’équipe a été capable de prouver non seulement “que”, mais également “comment” la soie augmente sa résistance dans des conditions où la plupart des matériaux deviennent très fragiles». Il ajoute: «En effet, la soie semble contredire les connaissances fondamentales de la science des polymères, car elle ne perd pas, mais gagne des qualités dans des conditions très froides, devenant à la fois plus résistante et plus extensible.» L’équipe a découvert que la soie tire sa résistance de ses fibres minuscules. «Il s’avère que les processus sous-jacents dépendent des nombreuses fibrilles nanométriques composant le cœur d’une fibre de soie», selon ce même communiqué. Dans l’article de cette revue, les chercheurs déclarent: «Nous proposons que cette structure nanofibrillaire fortement alignée, mais relativement indépendante, permet l’activation de la chaîne moléculaire partiellement congelée à des températures cryogéniques pour induire l’atténuation des fissures, permettre le glissement des fibrilles et faciliter le déploiement efficace des chaînes moléculaires de la fibroïne de la soie, évitant ou ralentissant ainsi la rupture fragile de l’ensemble de la fibre.» Ils concluent: «Nous estimons que notre étude entraînera la conception et la fabrication de nouvelles familles de composites structurels résistants à partir de soies naturelles ou de filaments inspirés de la soie pour tester des applications, même dans des conditions arctiques ou spatiales.» Le communiqué de presse indique que le vaste éventail d’applications qui pourrait découler des résultats de cette étude va des «nouveaux matériaux à utiliser dans des régions polaires de la Terre jusqu’à de nouveaux composites pour des avions légers et des aéronefs volant dans la stratosphère et la mésosphère, passant peut-être même par des toiles géantes tissées par des araignées-robots pour récupérer les déchets spatiaux».
Inspirés par la nature
Les deux projets fournissant le financement pour l’étude ont été inspirés par la nature et se sont concentrés sur la soie naturelle des araignées et des vers pour mieux comprendre la technologie des biopolymères. Les biopolymères sont des polymères produits par des organismes vivants et peuvent être dérivés de systèmes microbiens, extraits des plantes ou synthétisés chimiquement à partir de systèmes biologiques basiques. Les polymères font référence à des composés synthétiques ou naturels constitués de grandes molécules réunissant un enchaînement de petites unités basiques. Les biopolymères sont utilisés dans les matériels médicaux, l’emballage, les produits cosmétiques, les additifs alimentaires, les tissus pour vêtements, les produits chimiques pour le traitement de l’eau, les plastiques industriels, les produits absorbants, les biocapteurs et, même, dans les éléments de stockage de données. Le projet SABIP (Silks as Biomimetic Ideals for Polymers: SABIP) s’est déroulé entre 2009 et 2014. Le projet FLIPT (FLow Induced Phase Transitions, A new low energy paradigm for polymer processing) devrait prendre fin en 2019. FLIPT a été mis en place pour créer un nouvel éventail de polymères biologiques pouvant être traités avec un apport minimal d’énergie. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet FLIPT projet SABIP
Pays
Royaume-Uni