Soie d'araignée

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Argiope bruennichi entourant sa proie de soie.

La soie d'araignée est une fibre de protéine filée par les araignées.

Les araignées utilisent notamment leur soie pour capturer leurs proies,fabriquer des toiles ou des cocons pour protéger leur progéniture ou conserver leurs proie. Certaines espèces ne tissent pas de toiles, mais produisent de la soie.

En remarquant que certaines mygales arrivaient à se stabiliser sur des substrats mouvants comme des plaques de verres glissant les unes sur les autres, des chercheurs ont pu montrer qu'elles produisent aussi de la soie via des microtubules répartis à l’extrémité de leurs pattes (tarses) quand elles sont en danger ou qu'elles glissent[1]. Sur les mues de ces araignées, la microscopie révèle des tubules sécréteurs de soie, répartis sur la surface de contact du tarse.

La soie d'araignée est réputée pour sa résistance, sa légèreté et son élasticité.

En médecine traditionnelle, on s'en sert localement pour la cicatrisation de blessure

Propriétés[modifier | modifier le code]

Les fibres de soie sont formées de fibroïnes (protéines filamenteuses, appelées aussi spidroïnes[2], composées de copolymères à blocs hydrophiles et hydrophobes) constituées à 25-30 % d'alanine et à 40% de glycine.

La soie d'araignée est un polymère dont la configuration moléculaire peut varier et rapidement s'adapter à la température et à l'humidité, ce qui fascine les chercheurs en biomimétique ou en robotique[3].

La soie d'araignée est notamment capable de « Supercontraction » (de 10 à 140 MPa de tension) quand elle s'humidifie (en plusieurs minutes quand l'hygrométrie dépasse 70 %), et plus rapidement quand elle est subitement mouillée[3]. C'est ainsi que les toiles peuvent résister à la pluie, et au poids de la rosée voire accumuler plusieurs grammes d'eau sous forme de gouttes, à partir de la bruine par exemple.
La thermostabilité varie aussi selon le degré de supercontraction[3].

Ses propriétés de solidité (fibre aussi solide que l'acier mais six fois plus légère, fibre 3 fois plus solide que les meilleures fibres synthétiques) et d'extensibilité (étirable 30 à 40 % de sa longueur intitiale, jusqu'à 200 % pour certaines araignées) lui confèrent une énergie à la rupture six fois supérieure à celle du Kevlar[4].

Une fibre en soie d'araignée peut théoriquement avec ces propriétés stopper un Boeing 747 volant à 200 mph mais cela requerrait une longueur de fibre de 30 kilomètres et l'avion ne serait arrêté qu'après une course de 9 kilomètres, au maximum de l'élongation de la fibre[5].

Composition et structure[modifier | modifier le code]

Structure de la fibre de soie d'araignée : les feuillets β sont reliées par des chaînes amorphes.

Les fibres ont deux composantes principales[6] :

  • 10 à 25 % d'une composante cristalline (les feuillet β riches en alanine qui se lient via des liaisons hydrogène) de cristaux de 2 à 5 nanomètres de côté (spidroïnes de 6 à 10 acides aminés à blocs hydrophobes) responsable de la solidité de la fibre (comparable à celle de l'acier) ;
  • 75 à 90 % d'une composante amorphe (en particulier d'hélices alpha surtout constituées de glycine), molle (spidroïnes à blocs hydrophiles) responsable de l'élasticité de la soie (sa taille peut s'accroître jusqu’à 35 % pour un fil de structure de la Nephila clavipes).

Il existe en très faible proportion des régions semi-cristallines qui lient les feuillets plats aux régions amorphes.

Ces structures et propriétés ont été notamment révélées grâce à des simulations informatiques[7].

Gouttes de pluie piégées dans une toile d'araignée, après quelques heures d'une fine bruine (ici, en Bretagne, sur une toile horizontale, proche du sol
L'humidité tend la toile et le réseau de fil qui se déforment à peine, malgré le poids de l'eau

Synthèse[modifier | modifier le code]

Des recherches sur la synthèse artificielle de soie d'araignée (applications : fils biodégradables en chirurgie, textile balistique) sont en cours : la structure des fibroïnes est reproduite mais le filage en fibres pose des difficultés[8].

En 1710, René-Antoine Ferchault de Réaumur écrit un mémoire intitulé Examen de la soie des Araignées dans lequel il montre que la soie d'araignée est plus onéreuse à produire que le ver à soie tout en étant moins belle : il faut en effet vingt araignées pour donner autant de soie qu'un seul ver et « 663 552 araignées pour produire une livre de soie »[9]. De plus, leur élevage est difficile, les araignées étant territoriales et cannibales.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Brève du Journal « Pour la science », p7 n° 405, Juillet 2011. ; citant Loïc mangin, FC Rind et al ; j Exp. Biol. Vol 214, pp 1874-1879, 2011 ;
  2. mot-valise issu de spider (araignée) et de fibroïne
  3. a, b et c Ingi Agnarsson, Cecilia Boutry, Shing-Chung Wong, Avinash Baji, Ali Dhinojwala, Andrew T. Sensenig et Todd A. Blackledge ; Supercontraction forces in spidernext term dragline silk depend on hydration , doi:10.1016/j.zool.2008.11.003 (Résumé)
  4. (en) Shanmei Cheng, Murat Cetinkaya et Frauke Gräter, « How Sequence Determines Elasticity of Disordered Proteins », Biophysical Journal, vol. 99, no 12,‎ décembre 2010, p. 3863-3869 (DOI 10.1016/j.bpj.2010.10.011)
  5. (en) Steven W. Cranford, Markus J. Buehler, Biomateriomics, Springer,‎ 2012, p. 48
  6. (en) Franz Hagn, Lukas Eisoldt, John G. Hardy, Charlotte Vendrely, Murray Coles, Thomas Scheibel et Horst Kessler, « A conserved spider silk domain acts as a molecular switch that controls fibre assembly », Nature, vol. 465, no 7295,‎ 13 mai 2010, p. 239-242 (DOI 10.1038/nature08936)
  7. (en) 1Murat Cetinkaya et coll, « Silk Fiber Mechanics from Multiscale Force Distribution Analysis », Biophysical Journal, vol. 100, no 5,‎ 15 février 2011, p. 1298-1305 (DOI 10.1016/j.bpj.2010.12.3712)
  8. Emmanuelle Grundmann, Demain, seuls au monde ? L'Homme sans la biodiversité, Calmann-Lévy,‎ 2010, 330 p.
  9. R. A. Ferchault de Réaumur, Examen de la soie des Araignées (1710), dans Denis Diderot, Jean Le Rond d'Alembert, Jean Baptiste Robinet, Encyclopédie, ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, Volume 31, Pellet,‎ 1778 (lire en ligne), p. 317

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Henri de Parville - in "les annales" - 17 juin 1900 - nr.886 - éditions Jules Brisson.
  • "Aux pays des merveilles" -Clarisse de Juranville - 1880.
  • "vie et mœurs des araignées" de Maurice Thomas - éditions Payot 1953.
  • "quelle est cette araignée ?" Baehr et Bellmann - éditions Vigot 2011.