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La toile d’araignée tire sa force des nanotechnologies

On voit une araignée de face, en gros plan, au centre de sa toile de forme cylindrique tissée à même le sol.

Une « recluse brune » sur sa toile

Photo : Nicholas Ta/Ohio Department of Natural Resources

Radio-Canada

Reproduire les propriétés des toiles d'araignée pourrait permettre de créer un matériau d'une résistance inégalée. Mais, jusqu'à maintenant, ces arachnides ont conservé pour eux leurs plus importants secrets de fabrication. Une séance d'espionnage industriel sur la toile d'une araignée nord-américaine bien particulière a toutefois permis à des chercheurs d'en obtenir les plans structurels les plus détaillés à ce jour.

Un texte de Renaud Manuguerra-Gagné

Les toiles d’araignée fascinent les chercheurs depuis de nombreuses années. Leur force et leur souplesse sont insurpassées dans le monde animal et, à poids égal, ces fibres seraient cinq fois plus résistantes que l’acier.

Plusieurs voudraient employer ce matériau à divers usages industriels, du vêtement à la construction de bâtiments. Toutefois, la création d’une « toile synthétique » est restée un défi, et ce qui a été recréé en laboratoire jusqu'à maintenant réussit difficilement à égaler la qualité de la soie originale.

Des chercheurs sont retournés à la case départ et ont observé de près l’une des araignées les plus venimeuses d’Amérique du Nord : la recluse brune. Ces travaux (Nouvelle fenêtre) ont permis d’obtenir les images les plus détaillées à ce jour de la composition d’une toile d’araignée et pourraient permettre de faciliter sa fabrication en laboratoire.

Timide, mais venimeuse

La « recluse brune » est une espèce qui se trouve principalement dans le sud des États-Unis, mais qui peut exceptionnellement être observée au Canada.

Cette dernière vit habituellement en solitaire dans des amoncellements de bois de chauffage ou dans un sous-sol humide et ne sort que la nuit. Elle ressemble à certaines araignées qu’on retrouve couramment dans nos maisons, mais se distingue par son nombre d’yeux (limité à six au lieu de huit), son puissant venin, contenant des enzymes capables d’entraîner la nécrose des tissus au site de morsure, et sa toile.

C’est ce dernier élément qui a attiré l’attention des chercheurs. Contrairement aux toiles d’autres espèces d’araignées, qui produisent des fibres plutôt cylindriques, la toile des recluses brunes est formée de filaments totalement plats. Cette structure en forme de rubans aide l’araignée à faire sa toile au niveau du sol. Les chercheurs s’y sont intéressés, car elle est très simple à observer au microscope.

On voit le fil de soie qui a la forme d'un ruban.

Un fil de soie d'une araignée « recluse brune » vu au microscope. La structure a la forme d'un ruban.

Photo : Schniepp Lab

La force dans le nombre

Pour mieux comprendre la composition des filaments de soie de cette araignée, dont chaque fibre est déjà 1000 fois plus petite qu’un cheveu humain, les chercheurs ont utilisé un microscope à force atomique. Ces appareils utilisent des lasers ainsi qu’une pointe ultrasensible pour modéliser des surfaces à l’échelle du nanomètre, une unité équivalente à un milliardième de mètre.

À cette échelle, les chercheurs ont remarqué que chaque fibre est elle-même constituée de milliers de fibres encore plus petites, pouvant mesurer à peine 20 nanomètres de large, soit environ 50 fois plus petites qu’une bactérie.

Chacune de ces nanofibres est 50 fois plus longue qu’elle n’est large. Elles ne sont pas torsadées ni tressées comme le seraient des cordes, mais plutôt simplement agencées en parallèle. Bien que les forces qui unissent chaque fibre l’une à l’autre soient relativement faibles, c’est l’agencement collectif qui donne au fil de soie sa force.

Modélisation en 3D de la structure du fil de soie de la « recluse brune ».

Représentation de la structure du fil de soie de la « recluse brune » à l'échelle nanométrique. Chaque petite fibre (comme celle colorée en violet) a une largeur de 20 nanomètres.

Photo : Schniepp Lab

L’idée que les fils de soie d’araignée soient composés de nanofibres n’est pas nouvelle, mais jusqu’à présent, ces dernières n’avaient été observées qu’en surface et personne n’avait pu vérifier si la soie dans son ensemble possédait une telle structure.

La minceur des fils typiques de la recluse brune a permis aux chercheurs de plonger au cœur du matériau et d’en capter des images sans précédent.

À cela s’ajoute une particularité unique à la recluse brune : elle enroule sa toile sur elle-même à intervalles réguliers, dans un style qui pourrait s’apparenter aux câbles torsadés qui reliaient les téléphones fixes à leur combiné. Ces spirales permettent à la toile de s’étirer et de supporter davantage de tension avant de céder.

Les chercheurs veulent maintenant confirmer leur modèle avec les toiles d’autres espèces d’araignées et espèrent ainsi mieux comprendre comment reproduire l’un des matériaux les plus résistants du monde naturel.

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