Nombreuses sont les inspirations de la nature par l’homme dans le but de
créer une nouvelle technologie, ou encore de perfectionner la science. C’est ce
qu’on appelle le Biomimétisme qui comme son nom l’indique « mime »
donc reproduit le « bio » c’est-à-dire la biologie.
La biotechnologie ou « technologie de bioconversion » résulte d'un
mariage entre la science des êtres vivants – la biologie – et un ensemble de
techniques nouvelles issues d'autres disciplines telles que la microbiologie,
la biophysique, la génétique, la biologie moléculaire et même l'informatique…
1
- L'architecture
Ces
différentes infrastructures représentent toutes un aspect géométrique inspiré
de la forme que donne l'araignée à sa toile.
En effet, depuis quelques années, les
chercheurs se sont penchés sur cette unique forme géométrique de la nature qui est
la toile d'araignée.
Comme nous l'avons vu précédemment,
la composition du fil de soie lui procure une résistance incomparable, mais le
secret de cette dernière tient également sur un autre point ; sa
structure.
Certaines araignées tissent des
toiles ressemblant à des draps posés sur des buissons. La toile tient grâce à
des fils étirés attachés aux bords du buisson, et reste soutenue, même avec de
fortes contraintes par rapport à son poids. Ce système de support de charges
permet à l'araignée de tisser sa toile sur une grande distance tout en ne négligeant
pas sa résistance. Cette savante technique a été imitée par l'homme pour la
construction de nombreuses structures afin de recouvrir de vastes superficies.
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology
(MIT) aux États-Unis ont établi que lors d'un choc, l'architecture de la toile
permet d'en sacrifier une zone limitée mais de préserver l'essentiel de la
construction.
C'est-à-dire
que si la toile est endommagée, seulement une partie devient inutilisable, ce
qui n'empêche donc pas le reste de fonctionner. Nous pouvons par exemple
citer le cas de l'opéra de Canton en Chine (voir à gauche).
2
– Le textile
On peut voir ci-contre un fil de
structure observé au microscope électronique lors d’une expérience, où la soie
est enroulée autour d’elle-même et entourée d'un liquide collant.
La séricine (de formule brute C12H25N5O8)
n’est pas à l’origine des qualités textiles de la soie. Elle ne lui donne que
sa coloration. Elle enveloppe et soude les filaments de fibroïne constituant le
fil et ainsi se trouve vers les parties extérieures du brin. Les propriétés de
la soie reposent donc sur la fibroïne (qui est comme la séricine, une
protéine). Il en existe deux sortes: la spidroïne 1 et la spidroïne 2.
Celles-ci se caractérisent principalement
par leur différence en prolyne (de formule brute C5H9NO2)
et tyrosine (de formule brute C9H11NO3) qui
sont deux acides aminés. La fibroïne (ou comme on l'a vu spidroïne) est une
molécule complexe composée majoritairement d'une combinaison de 2 acides aminés
spécifiques au fil d'araignée : la glycine (44%) et l'alanine (29%).)
La toile produite par les araignées est beaucoup plus résistante que les
fibres naturelles ou synthétiques connues. Mais la soie qu'elles produisent ne peut
pas être utilisée directement, comme peut l'être la soie fabriquée par d'autres
insectes. Par conséquent, la seule alternative qui existe aujourd'hui est la
production artificielle. Si les scientifiques réussissaient à reproduire les
processus qui se déroulent à l'intérieur du corps de l'araignée - si
l'assemblage des protéines pouvait être réalisé à la perfection et si on
pouvait ajouter l'information génétique du matériau de tissage, on pourrait
alors industrialiser la production de toile de soie avec toutes ses
caractéristiques si spécifiques.
Il est donc généralement admis que si on parvenait à comprendre dans son
intégralité le processus de tissage de la toile d'araignée, on réussirait à
améliorer de façon considérable notre fabrication des matériaux et des
textiles.
3
– Futures applications
Si nous parvenons à reproduire ce miracle chimique, nous pourrons
élaborer de nombreux matériaux tels que des ceintures de sécurité qui disposent
de l'élasticité nécessaire, des sutures chirurgicales résistantes qui ne
laissent pas de cicatrices, des vêtements pare-balles. En outre, cette
production ne nécessite pas l'utilisation de substances nocives ou dangereuses.
La soie d'araignée possède des caractéristiques absolument remarquables.
Grâce à ce pouvoir de résistance face à la tension, il faut dix fois plus
d'énergie pour rompre une toile d’araignée que tout autre matériau biologique
similaire.
Afin d'attraper leurs proies,
les araignées construisent des toiles d’une qualité exceptionnelle capable
d’arrêter une mouche en plein vol en absorbant son énergie. Le câble tendu
utilisé par les avions de transport pour stopper les jets lors de leur
atterrissage ressemble au système utilisé par les araignées. Ces câbles qui
fonctionnent exactement de la même manière arrêtent un jet qui pèse plusieurs
tonnes et qui se déplace à 250 km/h en absorbant son énergie cinétique.
Il faut beaucoup plus d'énergie pour rompre un morceau de soie
d'araignée que pour briser une toile de nylon. La principale raison pour
laquelle les araignées sont capables de produire une soie si résistante est due
au fait que celles-ci réussissent à ajouter des composants de façon homogène en
contrôlant la cristallisation et l'assemblage des éléments de base de la
protéine.
Vu que le système de tissage est composé de cristal liquide, les
araignées ne dépensent que très peu d'énergie pour fabriquer la soie.
Les chercheurs entreprennent actuellement de vastes études sur les
méthodes de fabrication de la soie par les araignées. Le docteur Frits
Vollrath, un zoologiste de l'Université d'Aarhus au Danemark, a étudié
l'araignée de jardin Araneus disematus et a réussi à découvrir en grande
partie son mode de fabrication de la soie. Il a découvert que les araignées de
jardin durcissent leur soie en l'acidifiant. Il examina plus précisément le
conduit à travers lequel la soie passe avant d'être extraite du corps de
l'araignée. Avant de pénétrer dans le conduit, la soie est constituée de
protéines liquides. Dans le conduit, des cellules spécifiques semblent retirer
l'eau de ces protéines de soie. Les atomes d'hydrogène ainsi retirés sont
redirigés vers une autre partie du conduit, créant ainsi un bain d'acide.
Tandis que les protéines de soie entrent en contact avec l'acide, elles
s'assemblent et forment des ponts entre elles, durcissant ainsi la soie, qui
est "plus résistante et plus élastique que le kevlar… La fibre
la plus solide produite par l'homme", comme le précise Vollrath.
Et pourtant du point de vue résistance, le kevlar est beaucoup plus fragile
que la soie d'araignée.
Le kevlar est un matériau renforcé utilisé dans la fabrication des
gilets pare-balles et des pneus, il est réalisé grâce à une technologie très
avancée, c’est l'élément synthétique le plus résistant. L'énergie requise pour
un tel processus est considérable, et les produits nécessaires excessivement
toxiques (très haute température en utilisant des matériaux dérivés du pétrole
et des acides sulfuriques). Tout en étant particulièrement résistante, la soie
d'araignée peut être transformée et réutilisée par l'araignée. En effet,
l'araignée peut la recycler pour produire une nouvelle toile en consommant sa
toile endommagée, donc en aucun cas elle n’est nocive ou polluante.
Les mécanismes naturels de production de la soie sont plus performants
que n'importe quelle machine. Les araignées produisent des soies aux
caractéristiques distinctes pour des utilisations différentes, comme nous
l’avons vu précédemment. Cependant, la taille gigantesque de ces machines ne
peut être comparée avec les quelques millimètres cubes des organes producteurs
de soie de l'araignée. Rappelons que cette toile étudiée conjointement par les
scientifiques est produite de manière parfaite par l'araignée depuis plus de
380 millions d'années !
