Soie d'araignée

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 proies. 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 verre glissant les unes sur les autres, des chercheurs ont cru montrer qu'elles produisent 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. Cependant, il s'agissait en réalité d'une erreur d'interprétation des résultats : une contre-publication est parue en 2013 à ce sujet^[2].

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.

Types de soie

Une araignée peut produire jusqu'à 8 types différents de soie : soie sèche servant de fil de cheminement (fil de sécurité qu'elle laisse derrière elle), de fil de cadre ou de rayons entrant dans la confection de la toile régulière, soie gluante constituant la spirale destinée à capturer les proies, soie cribellée (en) qui adhère aux proies comme du « velcro »^[3], soie parcheminée et soie cotonneuse entrant dans la confection des cocons^[4].

Propriétés

Les fibres de soie sont formées de fibroïnes (protéines filamenteuses, appelées aussi spidroïnes^[5], 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 intéresse les chercheurs en biomimétique ou en robotique^[6].

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^[6]. 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^[6].

Ses propriétés de solidité (certains disent que la fibre est aussi solide que l'acier tandis que d'autres disent qu'elle est 5 fois plus résistante mais six fois plus légère, fibre 4 fois plus solide que les meilleures fibres synthétiques) et d'extensibilité (étirable 30 à 40 % de sa longueur initiale, jusqu'à 200 % pour certaines araignées) lui confèrent une énergie à la rupture six fois supérieure à celle du Kevlar^[7].

Une fibre constituée de soie d'araignée peut théoriquement, avec les propriétés précédemment citées, arrêter un Boeing 747 volant à 200 miles/h, soit environ 320 km/h, mais cela requerrait une fibre d'un centimètre de diamètre et d'une longueur initiale de 30 kilomètres. Pour arrêter l'avion, l'extension d'une telle fibre devrait atteindre 9 kilomètres^[8].

Composition et structure

Les fibres ont deux composantes principales^[9] :

63 % d'une composante cristalline (les feuillets 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) ;
22 % 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) ;
15 % de matières grasses et d'eau.

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^[10].

Historique

Article détaillé : histoire de la soie.

Conscient que la sériciculture dans sa région demeurait fragile en raison des maladies du ver à soie, le Montpelliérain Bon de Saint Hilaire a l'idée en 1709 de développer l'exploitation de la soie d'araignée^[11].

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^[12]. Il détermine qu'il faut 55 296 araignées pour que leurs glandes séricigènes produisent 500 grammes de soie, alors que 2 500 vers à soie suffisent et conclut que l'exploitation de la soie d'araignées est non rentable^[11].

Dans les années 1880, le missionnaire jésuite Paul Camboué s'appuie sur les études de Vinson sur la Néphile dorée (araignée géante pouvant produire jusqu'à 4 km de soie dorée par mois) pour créer à Madagascar une machine permettant de récolter de grandes quantités de fil produits par cette araignée. Ses essais sont repris par une école d'aranéiculture fondée à Tananarive en 1896, laquelle exploite des néphiles, grandes araignées à toile géométrique mais la production s'arrête au début du XX^e siècle car l'aranéiculture est moins rentable que la sériciculture (contraintes de l'élevage nécessitant de grands espaces ou des cages individuelles pour éviter le cannibalisme, et de nombreuses proies vivantes)^[13]. De plus, l'exploitation industrielle de ces araignées a eu pour conséquence la prolifération de moustiques, notamment ceux porteurs du paludisme, l'île voyant une recrudescence de cette maladie au début du XX^e siècle^[14].

Des recherches sur la synthèse artificielle de soie d'araignée (applications : fils biodégradables en chirurgie, textile balistique, la soie étant plus résistante et élastique que le Kevlar dont on fait les gilets pare-balles^[15]) sont en cours : la structure des fibroïnes est reproduite mais le filage en fibres pose des difficultés et le coût d'obtention de ce matériau reste prohibitif^[16].

Aujourd’hui encore, certains peuples récoltent et utilisent la soie d’araignée de manière artisanale, comme les Papous en Nouvelle-Guinée qui confectionnent les filets de pêche avec ce matériau^[17].

Gouttes de pluie piégées dans une toile d'araignée
L'humidité tend la toile et le réseau de fil qui se déforment à peine, malgré le poids de l'eau
Une cape de Madagascar faite de soie d'araignée Nephila exposée au Victoria and Albert Museum de Londres en juin 2012^[18].

Notes et références

↑ Brève du Journal « Pour la science », p. 7 n^o 405, juillet 2011. ; citant Loïc mangin, FC Rind et al ; j Exp. Biol. Vol 214, p. 1874-1879, 2011 ;
↑ (en) « Alleged silk spigots on tarantula feet: Electron microscopy reveals sensory innervation, no silk », Arthropod Structure & Development, vol. 42, n^o 3,‎ 1^er mai 2013, p. 209–217 (ISSN 1467-8039, DOI 10.1016/j.asd.2013.02.005, lire en ligne, consulté le 29 août 2021)
↑ (en) W.G. Eberhard, F. Pereira, « Ultrastructure of cribellate silk of nine species in eight families and possible taxonomic implications (Araneae : Amaurobiidae, Deinopidae, Desidae, Dictynidae, Filistatidae, Hypochilidae, Stiphidiide, Tengellidae) », J. Arachnol., vol. 21,‎ 1993, p. 161-174.
↑ (en) W. Nentwig, S. Heimer, « Ecological aspects of spider webs », in Nentwig W. editor, Ecophysiology of spiders, Springer-Verlag, 1987, p. 211-225
↑ mot-valise issu de spider (araignée) et de fibroïne
↑ ^{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)
↑ (en) Shanmei Cheng, Murat Cetinkaya et Frauke Gräter, « How Sequence Determines Elasticity of Disordered Proteins », Biophysical Journal, vol. 99, n^o 12,‎ décembre 2010, p. 3863-3869 (DOI 10.1016/j.bpj.2010.10.011)
↑ (en) Steven W. Cranford et Markus J. Buehler, Biomateriomics, Springer, 2012, 440 p. (ISBN 978-94-007-1610-0, lire en ligne), p. 48
↑ (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, n^o 7295,‎ 13 mai 2010, p. 239-242 (DOI 10.1038/nature08936)
↑ (en) 1Murat Cetinkaya et coll, « Silk Fiber Mechanics from Multiscale Force Distribution Analysis », Biophysical Journal, vol. 100, n^o 5,‎ 15 février 2011, p. 1298-1305 (DOI 10.1016/j.bpj.2010.12.3712)
↑ ^{a et b} Paul Mazliak, La biologie au Siècle des lumières, Vuibert, 2006, p. 40.
↑ R. A. Ferchault de Réaumur, Examen de la soie des Araignées (1710), dans Denis Diderot, Jean Le Rond d'Alembert et Jean Baptiste Robinet, Encyclopédie, ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, Volume 31, Pellet, 1778 (lire en ligne), p. 317.
↑ Maurice Thomas, Vie et mœurs des araignées, Payot, 1953, p. 81
↑ Louis Fage, L'industrie des araignées, Université de Paris, 1948, p. 20.
↑ Agnès Guillot et Jean-Arcady Meyer, La bionique : Quand la science imite la nature, Dunod, 2008, p. 50.
↑ Emmanuelle Grundmann, Demain, seuls au monde ? L'Homme sans la biodiversité, Calmann-Lévy, 2010, 330 p..
↑ Auguste Thomazi, Histoire de la pêche des âges de la pierre à nos jours, Payot, 1947, p. 105.
↑ (en) Cape de soie d'araignée portée dans un spectacle au V & A Museum

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie

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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.

[1] Brève du Journal « Pour la science », p. 7 n^o 405, juillet 2011. ; citant Loïc mangin, FC Rind et al ; j Exp. Biol. Vol 214, p. 1874-1879, 2011 ;

[2] (en) « Alleged silk spigots on tarantula feet: Electron microscopy reveals sensory innervation, no silk », Arthropod Structure & Development, vol. 42, n^o 3,‎ 1^er mai 2013, p. 209–217 (ISSN 1467-8039, DOI 10.1016/j.asd.2013.02.005, lire en ligne, consulté le 29 août 2021)

[3] (en) W.G. Eberhard, F. Pereira, « Ultrastructure of cribellate silk of nine species in eight families and possible taxonomic implications (Araneae : Amaurobiidae, Deinopidae, Desidae, Dictynidae, Filistatidae, Hypochilidae, Stiphidiide, Tengellidae) », J. Arachnol., vol. 21,‎ 1993, p. 161-174.

[4] (en) W. Nentwig, S. Heimer, « Ecological aspects of spider webs », in Nentwig W. editor, Ecophysiology of spiders, Springer-Verlag, 1987, p. 211-225

[5] t-valise issu de spider (araignée) et de fibroïne

[supercontract-6] {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)

[7] (en) Shanmei Cheng, Murat Cetinkaya et Frauke Gräter, « How Sequence Determines Elasticity of Disordered Proteins », Biophysical Journal, vol. 99, n^o 12,‎ décembre 2010, p. 3863-3869 (DOI 10.1016/j.bpj.2010.10.011)

[8] (en) Steven W. Cranford et Markus J. Buehler, Biomateriomics, Springer, 2012, 440 p. (ISBN 978-94-007-1610-0, lire en ligne), p. 48

[9] (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, n^o 7295,‎ 13 mai 2010, p. 239-242 (DOI 10.1038/nature08936)

[10] (en) 1Murat Cetinkaya et coll, « Silk Fiber Mechanics from Multiscale Force Distribution Analysis », Biophysical Journal, vol. 100, n^o 5,‎ 15 février 2011, p. 1298-1305 (DOI 10.1016/j.bpj.2010.12.3712)

[a-11] {a et b} Paul Mazliak, La biologie au Siècle des lumières, Vuibert, 2006, p. 40.

[12] R. A. Ferchault de Réaumur, Examen de la soie des Araignées (1710), dans Denis Diderot, Jean Le Rond d'Alembert et Jean Baptiste Robinet, Encyclopédie, ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, Volume 31, Pellet, 1778 (lire en ligne), p. 317.

[13] Maurice Thomas, Vie et mœurs des araignées, Payot, 1953, p. 81

[14] Louis Fage, L'industrie des araignées, Université de Paris, 1948, p. 20.

[15] Agnès Guillot et Jean-Arcady Meyer, La bionique : Quand la science imite la nature, Dunod, 2008, p. 50.

[16] Emmanuelle Grundmann, Demain, seuls au monde ? L'Homme sans la biodiversité, Calmann-Lévy, 2010, 330 p..

[17] Auguste Thomazi, Histoire de la pêche des âges de la pierre à nos jours, Payot, 1947, p. 105.

[18] (en) Cape de soie d'araignée portée dans un spectacle au V & A Museum

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