TPE : La soie d'araignée

Travail Personnel Encadré

Soie d’araignée En quoi la soie est elle primordiale pour toute la classe des araignées et en quoi ses propriétés intéressent elles l'homme ?

Lucas BACLÉ Julien CAMPS Léo FRIES

TPE

1ère S3

Pierre MAES

LA SOIE D’ARAIGNÉE

En quoi la soie est-elle primordiale pour toute la classe des araignées et en quoi ses propriétés intéressent-elles l'homme ?

Encadré par : &

Mr GUIN Mr JOLIVET i

Sommaire Notes

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4

Introduction •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5

Chapitre 1 : Les araignées et leur soie •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6

Qu’est ce qui différencie les arachnides des insectes ? •••••••••••••••••••••• 7

Place de l’araignée dans la classification scientifique des espèces ••••••••• 8

1. L’anatomie en relation avec la production de la soie 2. Production de la soie

•••••••••••••••••••••••••••••••• 9

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15

3. L’utilisation du fil de soie par les araignées

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 18

Chapitre 2 : Composition chimique et propriétés physiques

Spider Man •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 25

1. Généralité

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 27

2. Robustesse 3. Élasticité

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 39

4. Une ambivalence surprenante 5. Autres propriétés

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 46

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 51

Chapitre 3 : L’exploitation de la soie et ses limites

1. Différents domaines d’applications

••••••••••••••••••••••••••• 54

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

2. Les limites de la production de la soie d’araignée

Conclusion

••••••••••••••• 26

55

••••••••••••••••••••••••••••••••••• 57

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59

Bibliographie et sitographie

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 60

Sitographie des illustrations

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 62

ii

Notes

Nous tenons à remercier nos professeurs, Mr Guin et Mr Jolivet, ●

nos familles, le personnel du CDI et de la médiathèque centrale Emile Zola pour avoir contribué à l'aboutissement de notre TPE.

Vous trouverez tout au long de ce document un grand nombre ●

d’illustrations. Celles notées tées

1

proviennent d’internet, celles no-

correspondent à des photos prises dans nos jardins.

Leurs références se trouvent dans la sitographie en fin de rapport.

iii

Introduction

Les araignées sont des arachnides. Elles

Pour répondre à cette problématique nous

possèdent cette faculté spéciale à pro-

verrons en premier lieu l'étude de l'arai-

duire de la soie en fonction de leurs be-

gnée suivie de la production de sa soie,

soins. Il s'avère qu'elle est à la fois forte-

pour enfin présenter ses usages.

ment élastique, robuste, mais pas que !

Ensuite, nous définirons dans un second

De plus, cette soie, aux propriétés sous-es-

chapitre ce qui donne à cette soie de telles

timées pendant longtemps par l'homme,

aptitudes. Pour cela nous étudierons

pourrait à l'heure actuelle avoir trouvé sa

sa composition chimique, puis ses proprié-

place dans de nombreux domaines utiles à

tés physiques.

notre vie de tous les jours.

Enfin, nous aborderons l'avenir de cette

Néanmoins la question se pose: en quoi la

soie et ses limites, en parlant des domai-

soie d'araignée est elle primordiale pour

nes où elle pourrait être bénéfique pour

toute la classe des araignées, et, en quoi

l'homme.

ses qualités intéressent-elles l'homme ? iv

CHAPITRE I Les araignées et leur soie

“Ce n'est pas parce que l'araignée ne ressemble pas à l'éléphant qu'elle n'est pas un animal admirablement beau, et même il y a plus de merveilles dans l'araignée que dans l'éléphant.”

– Érasme

Qu’est ce qui différencie les arachnides des insectes?

Les arachnides, que les profanes confondent souvent avec les insectes, s’en distinguent pourtant, outre par l’absence d’antennes et d’ailes, par la segmentation du corps en deux parties (et non en trois) et par la présence de quatre paires de pattes (et non de trois). Elles ont des yeux simples (ocelles) et non composés.

Le corps des arachnides a la particularité d’être seulement composé d’une partie antérieure, le Prosome, composée de la tête et du thorax, et d’une partie postérieure, l’Opisthosome, représentant leur abdomen.

Quelques insectes...

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Place de l’araignée dans la classification scientifique des espèces Classification

Caractéristiques

Domaine

Eucaryote

Présence d'un noyau et de mitochondries dans leurs cellules.

Règne

Animal

Être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques.

Sous-règne

Eumétazoaires

Organismes vivants hétérotrophes et pluricellulaires.

Infra-règne

Bilatériens

Symétrie bilatérale (cette symétrie définit des axes antéropostérieur, dorso-ventral et médio-latéral), présence de trois feuillets cellulaires fondamentaux (l’ectoderme, le mésoderme et l’endoderme), un tube digestif à deux orifices (la bouche et l'anus) et des organes différenciés. Le système nerveux n'est plus constitué d'un plexus nerveux, mais les neurones sont regroupés au sein de structures diverses : ganglions, chaîne nerveuse ou cerveau.

Division

Protostomiens

Lors du développement embryonnaire, la bouche apparaît avant l’anus (contrairement au deutérostomiens, où la bouche apparaît en second).

Sous-division

Ecdysozoaires

Le développement s'effectue par une ou plusieurs mues de la cuticule (couche externe qui recouvre et protège les organes de certains animaux).

Super embranchement

Panarthropodes

Présence de pattes, de griffes, d’un système nerveux ventral, d’un corps segmenté, d’un nombre pair d’appendices (pouvant être les antennes, les mandibules, les pattes-mâchoires, les pinces…), des appendices péribuccaux (proches de la bouche) modifiés pour la prise de nourriture, un cœur dorsal, la cavité générale est un hémocœle (cavité interne contenant l'hémolymphe dans laquelle baignent les organes).

Embranchement

Arthropodes

Animaux invertébrés, possédant un corps segmenté formé de métamères hétéronomes (segments distincts ayant des fonctions précises comme la mastication, la locomotion, la perception sensorielle…) munis chacun d'une paire d'appendices articulés et recouvert d'une cuticule ou d'une carapace rigide, qui constitue leur exosquelette.

Sousembranchement

Chélicérates

Corps divisé en 2 parties (un céphalothorax et un abdomen). Le céphalothorax comporte les chélicères (pièces buccales faisant office de mandibules), les pédipalpes (appendices couverts de soies sensorielles servant à manipuler les proies) et quatre paires de pattes.

Classe

Arachnides

Quatre paires de pattes, pas d’ailes ni d’antennes, des yeux simples ou des yeux composés (c’est à dire assemblés d’une multitude de facettes).

Ordre

Araignées

Huit pattes, ne disposent ni d'ailes ni d'antennes ni de pièces masticatrices dans la bouche. Leurs yeux peuvent être simples ou multiples, produisent du fil de soie sécrétée par différentes glandes.

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I . L’anatomie en relation avec ! ! la production de la soie L'araignée, n'est pas un insecte, c'est une arachnide !

Elle possède une morphologie différente des autres insectes, elle est constituée de deux grandes parties : une antérieure, et une postérieure, alors que les insectes son tous pourvus de 3 parties. De plus, elle a huit pattes.

Enfin, l'araignée n'a pas d'antennes, ni d'ailes, mais elle produit de la soie !

1

Aspect macroscopique

8

Quelques parties clés de l’araignée • Le prosome (ou prosoma) est constitué de la partie supérieure de l'araignée. Cela concerne la fusion entre la tête et le thorax. Il comporte les yeux, les glandes coxales, et sous l'avant du céphalothorax se trouve l'orifice buccal. L’araignée est recouverte d’une carapace sur la face supérieure et d’une plaque appelée sternum sur la face inférieure.

• Le céphalothorax est composé de 6 paires d'appendices: • Une paire de chélicères (antennes-pinces) qui est dotée de crochets à venin.

• Une paire de pédipalpes (traduit par pattes mâchoires), jouant un rôle de filtre lors de l'ingestion de nourriture.

• Et de quatre paires de pattes autour du sternum utilisées pour se déplacer.

L'araignée peut se déplacer aisément sur sa toile grâce à ses pattes qui possèdent une substance huileuse permettant de ne pas se coller aux fils. De plus, l'araignée se sert de ses pattes pour le tissage de la soie. En effet elle utilise ses pattes pour extraire le fil de ses filières et pour placer sa soie là ou elle le souhaite, lors de la fabrication de la toile ou de l’enveloppement d’une proie par exemple.

• L'opisthosome (ou abdomen) est la partie postérieure de l’araignée.. Il comporte les principaux organes végétatifs (coeur, intestin, poumon..) ainsi que l’anus et les glandes séminales. De plus, il abrite les filières, qui fabriquent la soie.

Cette partie est dite "protégée" car elle est recouverte d'une enveloppe souple et extensible.

9

Les filières sont des protubérances articulées situées à l'extrémité postérieure de l'abdomen. Elles servent à filer la soie. Une araignée en possède entre 2 et 8. Chaque filière est dotée à son extrémité de fusules : ce sont des canaux excréteurs très fins qui permettent la sortie de la fibrille.

On peut voir sur l’image prise au microscope électronique (à gauche) la multitude de fusules présentes à l’extrémité d’une filière. Attention : les couleurs ne sont pas réelles, elles ont été choisies pour mettre en valeur les fusules !

L’image ci-dessous nous montre l’appareil séricigène de l’araignée.

2

3

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Origine de la toile Les glandes séricigènes situées sous l'abdomen servent à fabriquer la soie, qui est ensuite stockée dans des poches ventrales.

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Glandes séricigènes Il existe 6 types de glandes séricigènes, chacune ayant une utilité spécifique : • Ampullacées Majeur(Am) et Mineur(An) : les majeures (en lien avec les filières antérieures) et les mineures (en lien avec les filières moyennes), ces glandes produisent une soie solide, utilisée lors de l'élaboration de la charpente de la toile. L'araignée s'en sert également pour tisser un fil de sécurité auquel elle restera suspendue en cas de chute, aussi appelé fil de traine.

• Flagelliformes (Fl) : Elles permettent la fabrication du fil élastique pour attraper les proies.

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• Aggrégées (Ag) : Elles s'associent aux glandes flagelliformes pour créer une soie plus gluante.

• Aciniformes (Ac) : Elles sont nécessaires pour que l'araignée enroule sa proie.

• Pyriformes (Pr) : Elles produisent une colle biologique.

• Tubuliformes (Tb) : Elles servent dans la production du cocon après que l'araignée ait enroulé sa proie.

5

!

!

1.

2.

3.

4.

!

!

Photos de glandes séricigènes

Ampullacées majeures (haut et bas) Flagelliforme Ampullacée mineure Aggrégée

5.

6.

7.

Aciniforme Tubuliforme Pyriforme

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Les poils L'araignée est entièrement recouverte de poils. Ils sont de plusieurs types, et ont des fonctions différentes.

• Des chimiorécepteurs, qui permettent à l'araignée d'analyser la composition chimique de l'air. Les mâles les utilisent par exemple pour détecter les phéromones sécrétées par les femelles qui agissent comme un messager de l'attraction sexuelle.

• Le calamistrum est une bande de poils qui sert à peigner la soie située sur le tarse et les métatarses de l’arachnide.

• D'autres sont des mécanorécepteurs Se sont des grands poils épais qui dépassent des autres et sont bien visibles à l'oeil nu. Ils permettent à l'araignée de détecter des vibrations, sur sa toile par exemple, ou tout simplement l'informent lorsqu’elle rentre en contact avec un obstacle.

• D'autres, beaucoup plus fins, les trichobotries, lui permettent de détecter les vibrations de l'air. Il s'agit d'un sens presque équivalent à l'ouïe.

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II . Production de la soie

Nous savons que l'araignée possède des glandes séricigènes qui servent à créer une soie aux particularités différentes selon les glandes.

Nous savons de plus que l'araignée possède des filières qui permettent d’assembler la soie après que cette dernière soit sortie des fusules.

Nous allons maintenant expliquer le déroulement de la production de la soie jusqu’à la sécrétion du fil.

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6

Ce schéma représente le déroulement de production de la soie Dans un premier temps, les glandes sérici-

La fibroïne possède un capteur sensible

gènes vont servir à fabriquer la soupe de

au pH, quand celui-ci atteint 6 les protéi-

protéine qui sera stockée dans les poches

nes vont s'assembler petit à petit.

ventrales. À ce stade, on parle de liquide cristallin car les protéines, étant à la fois solides et liquides, conservent une légère structuration.

Des ions hydrogène et des ions phosphate sont injectés en permanence pour faciliter la séparation entre l'eau et les protéines afin de permettre l'unification du fil.

À la volonté de l'araignée, ce liquide va ensuite descendre via un canal excréteur

Lors de cette réaction, de l'eau et des ions

vers les filières en se rétrécissant de plus

chlorure sont libérés.

en plus.

Le fil arrive maintenant au niveau des fusu-

C'est dans ce canal que le pH va progressi-

les, où l’eau restante est pompée et la soie

vement diminuer, passant de 7 (neutre) à 6

se solidifie intégralement. Le fil devient in-

(légèrement acide).

soluble.

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Le fil sortant des fusules est appelé fi-

brille, élément filiforme, qui sera tissé par les filières.

Après être sorti des fusules, le liquide durcit au contact de l'air : on obtient la soie. On sait que les filières marchent par paire : les fils vont s'associer et on obtient donc le fil de soie.

Ce fil produit est un véritable cordage constitué de 15 à 20 fils élémentaires, de 1 µm de diamètre chacun. Le diamètre du fil de soie varie entre 25 et 70 µm.

7

On peut voir sur cette photo prise au microscope la différence de taille entre un cheveux et un fil de soie d’araignée.

Mais cette différence de taille est aussi perceptible à l’oeil nu, comme on peut le voir sur la photo ci-contre où un cheveux s’est collé dans une vieille toile abandonnée.

16

III . L’utilisation du fil de soie par les araignÊes

8

17

Toutes les araignées produisent de la soie.

sa structure. De plus, elle doit être élasti-

Dans cette partie, nous verrons comment

que pour ne pas se briser lorsqu’il y a du

l’araignée exploite cette soie et ses proprié-

vent ou quand un insecte vient la percuter.

tés surprenantes.

Pour pouvoir maintenir ses proies dans le

Tout d’abord, le premier usage de la soie pour l’araignée est de fabriquer une toile.

Toutes les araignées n’en produisent pas, bien que cette capacité concerne tout de même une grande majorité, environ 60%.

piège, le fil doit être adhésif. Une fois l’insecte capturé, l’araignée va produire un fil très solide pour envelopper sa proie sans qu’elle ne puisse se débattre pour ensuite la digérer en toute tranquillité.

Le fil de soie est utilisé par l’araignée pour

Mais la chasse n’est qu’un exemple de

capturer ses proies, mais il peut également

l’utilisation du fil de soie par l’araignée. Il

lui servir d’habitat ou de moyen de trans-

en existe une multitude ! On peut aussi ci-

port.

ter le fil de traine, qui est un fil permettant

Pour la chasse, par exemple, la soie d’araignée doit faire preuve à le fois d'adhésivité, de robustesse et d’élasticité. En effet, la toile doit avant tout être solide pour ré-

la sécurité de l’araignée lors de tous ses déplacements. En cas de chute ou de fuite précipitée face à un éventuel danger, ce fil doit faire preuve d’une grande résistance.

sister aux intempéries et pour ainsi garder En voici quelques exemples surprenants...

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LA CHASSE FAÇON

ARAIGNÉE 19

Araignée Bolas

9

L’araignée Bolas appartient au genre Mastophora, que l’on peut rencontrer en Amérique. Cette araignée a une technique de chasse semblable à celle du lasso : après s’être suspendue à son fil de traine, elle sécrète un petit fil de soie avec une partie collante à son extrémité. Elle libère ensuite une substance chimique (des phéromones) proche de celle émise par les mites femelles pour attirer les mâles, puis fait tournoyer son “lasso“ jusqu’à ce que la partie collante percute et se colle à la mite en plein vol. L’araignée n’a plus qu’à tirer sur le fil pour ramener sa proie qu’elle tuera en lui injectant du venin.

Ces araignées sont même capables de modifier le type de phéromone émis afin de l’adapter aux espèces de mites présentes.

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Scytodidae La famille des Scytodidae, dont les espèces se rencontrent sur toutes les terres, exceptées aux zones polaires, sont appelées les « Araignées cracheuses ». Elles sont les seules araignées pratiquant la chasse à distance en crachant sur leurs proies un mélange gluant de venin, de colle et de soie. Elles libèrent ce matériau mortel en zigzag par leurs deux crocs en alternance, afin d’envelopper et d’immobiliser leur repas. Leur crachât a été chronométré et peut atteindre 29 mètres par seconde, toute l’attaque se produit donc en quelques millisecondes.

Araignée Deinopis

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Cette araignée que l’on peut trouver aux États-Unis, en Afrique subsaharienne et en Asie du sud, est aussi appelée « araignée gladiateur » en raison de sa technique de chasse semblable à celle des gladiateurs lorsqu’ils jettent leurs filets sur les fauves.

En effet, elle tisse une petite toile avec de la soie hautement adhésive et élastique, qu’elle tient entre ses pattes, puis attend l’arrivée d’une proie. Il peut aussi bien s’agir d’un insecte volant ou terrestre. Lorsque celui-ci est à portée de patte, l’araignée se jette dessus et l’enroule immédiatement dans sa toile pour l’étouffer et pour ensuite le digérer.

Dolomedes Tenebrosus Ces araignées, que l’on peut trouver en Amérique du Nord, sont surnommées “araignées pêcheuses“. En plus de se nourrir d’insectes, elles ont la particularité de savoir pécher des petits poissons ou même des grenouilles. En se positionnant sur une feuille à la surface de l’eau ou sur les abords d’un marécage, avec leurs deux pattes avant posées à la surface, ces araignées sont capables de sentir les vibrations sous-marines et détectent ainsi les mouvements. Une fois leur proie à proximité, elles plongent et lui injectent un venin mortel.

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Araignée Portia Appartenant à la famille des Salticidae, l’araignée Portia est présente en Asie, en Afrique et en Australie. Elle chasse et se nourrit d’autres araignées grâce à différentes techniques selon la proie. En effet, cette araignée se met sur les toiles d’inconnues et les fait vibrer avec une extrême précision : elle est capable de masquer son approche par les vibrations naturelles que subit la toile (le vent par exemple), de reproduire les vibrations que ferait un partenaire sexuel ou bien d’imiter un insecte pris au piège. Selon son adversaire et la situation dans laquelle elle se trouve, l’araignée Portia peut modifier son plan d’attaque. Face à une araignée plus dangereuse ou plus grosse, elle est capable de planifier tout un détour afin de se faire oublier par sa proie et de se retrouver au dessus d’elle, pour ainsi se laisser pendre à un fil et l’attaquer par derrière. Cette araignée est donc capable de penser et de réfléchir, alors que son cerveau n’est pas plus gros qu’un grain de sel…

14

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Néphila Clavipes La Néphila Clavipes, présente de l’Amérique du Sud des États-Unis jusqu’à l’Argentine, appartient à la famille des Nephilidae. La femelle, d’une envergure d’environ dix centimètres, peut tisser des toiles de plus d’un mètre de diamètre. Les fils de soie de cette araignée ont des reflets dorés et sont fortement adhésifs, assez même pour pouvoir piéger des petits oiseaux ! Une fois sa proie prise au piège, l’araignée n’a plus qu’à lui injecter son venin pour pouvoir l’envelopper puis la digérer. Bon nombre de scientifiques s’intéresse donc à la soie de cette araignée pour profiter de ses capacités et en faire une utilisation aussi bien militaire que médicale, en passant par de l’utilitaire nous concernant à tous.

En conclusion, nous pouvons dire que l’araignée est dépendante de sa soie pour se développer et s’épanouir dans son environnement. Elle en exploite au maximum toutes les propriétés, que ce soit la robustesse, l’élasticité ou bien l’adhésivité.

23

r on jou is ce er id p Depu e S pell m'ap . man

Services

xxiv

CHAPITRE II Composition chimique et propriétés physiques

“Si on n'enlève jamais une toile d'araignée dans une cave, c'est que ça sert à attraper la vermine qui ferait piquer le vin !”

– Bernard Clavel

La soie est un biomatériau aux propriétés physiques surprenantes. Aussi robuste qu'il est élastique, ce matériau qualifié de bio car produit par un organisme vivant, rivalise avec les matériaux synthétisés par l'homme. Nous allons étudier dans ce chapitre la composition chimique de la soie d'araignée pour pouvoir ensuite expliquer ses intéressantes propriétés.

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1 . Généralité

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La soie d’araignée est un produit filamenteux issu des glandes séricigènes se trouvant dans l’abdomen. Ces fils, que l’on appelle fibrilles, sont constitués de longues chaînes de protéines elles-mêmes formées de longues chaînes d’acides aminés.

L’étude de la composition de ces structures permet d’expliquer les différentes propriétés des fils produits par l’araignée. En effet ces fils se distinguent par les protéines qui les composent et par leurs proportions. Nous allons étudier les différents éléments qui, à l'échelle moléculaire, rendent la soie robuste et élastique.

D’après cette photo prise au microscope électronique, on constate bien qu’un fil de soie est constitué de plusieurs fibres.

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La protéine Comme pour tous les matériaux, les propriétés de la soie sont expliquées par sa composition ainsi que sa structure chimique.

La soie est un assemblage de macromolécules appelées protéines. Celles-ci sont issues de la protéosynthèse, processus de production de protéines à partir de gènes se déroulant dans les cellules.

Ces protéines sont des chaînes de molécules constituées d’acides aminés attachés ensemble par des liaisons dites peptidiques. Ce sont des liaisons covalentes, appartenant à la famille des liaisons fortes. Elles lient la fonction carboxylique ( -COOH ) d’un acide aminé avec la fonction amine ( -NH2 ) d’un autre. Lors de la création de cette liaison, une molécule d’eau (H2O) est libérée.

Schéma d’un polypeptide

La séquence de ces acides aminés constitue la structure primaire de la protéine.

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Chaques chaines latérales de ces acides aminés possèdent des caractéristiques particulières. En effet, certaines sont hydrophobes, d'autres hydrophiles et d'autres chargées. Des interactions vont alors avoir lieu entre ces radicaux créant par endroits des structures régulières. C'est ce qui est appelé structure secondaire de la protéine. Deux types de structures régulières se retrouvent dans la soie : le feuillet bêta et l'hélice alpha.

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Ces structures régulières en association avec des zones non organisées appelées "zones amorphes" donnent aux protéines leurs propriétés. En effet ces différentes structures ne possèdent pas les même propriétés. Les hélices alpha ainsi que les zones amorphes sont responsables de l'élasticité de la soie tandis que les feuillets bêta sont, eux, responsables de la grande solidité de ce biomatériau. La structure tertiaire de la soie est la forme finale que la protéine adoptera lorsque les structures secondaires auront interagi entre elles.

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La soie d’araignée est essentiellement composée :

• de fibroïne (entre 85 et 90%). Cette protéine appartient au groupe des scléroprotéines

auquel appartiennent également la kératine (ongles, cheveux, ...) ou le collagène (présent dans les ligaments). Ces protéines présentent toutes une structure définie.

• d’eau (entre 10 et 15%) et de quelques traces de matières grasses.

Les propriétés du fil de soie d’araignée reposent donc sur la fibroïne.

Alanine! !

!

!

!

!

!

!

Glycine

Ces représentations de l’alanine et de la glycine mettent en valeur leurs chaines latérales. On peut voir qu’elles comportent chacune peu d’atomes. Effectivement, ces molécules sont les deux plus légères des acides aminés.

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La fibroïne Le kilodalton La fibroïne est composée de deux protéines plus petites, la spidroïne 1 et la spidroïne 2. Elles diffèrent par les acides aminés qui les composent, notamment dans leur contenance en proline et en tyrosine. Elles ont tout de même une structure qui se ressemble :

Le kilodalton (noté kDa) provient du dalton ( Da ), qui est l’unité de masse des atomes. En biologie,

• elles sont toutes les deux de grandes protéines d’envi-

on utilise plus fréquem-

ron 250 à 350 kDa

ment le « kilodalton » de

par la taille importante

• elles contiennent un grand domaine de répétitions en

tandem, de 30 à 40 acides aminés environ

des molécules par rapport à celle des atomes.

• elles sont toutes les deux riches en glycine.

Le nom de cette unité a été choisi en l’honneur

Leur différenciation se fait au niveau de leur composition.

du chimiste et physicien

Glycine

Alanine

Leucine

Glutamine

Tyrosine

Proline

Spidroïne 1

+++

+++

++

++

++

+

Spridroïne 2

+++

0

0

++

0

+++

La répétition en tandem La répétition en tandem est une suite de plusieurs motifs se répétant à l’identique. Ces motifs sont constitués de monomères qui se succèdent pour former un polymère.

On a dans le cas de la fibroïne les acides aminés (mono-

John Dalton pour ses travaux sur la théorie atomique.

1 kDa = 10^3 Da ≈ 1,66 x10^-27 Kg soit 1/12 de la masse d’un atome de carbone 12.

mères), qui se succèdent pour former des protéines (polymères).

Par exemple : AALGTGAALGTGAALGTG contient trois répétitions en tandem du motif de six acides aminés AALGTG. Cela est également valable pour les nucléotides qui forment l’ADN ainsi que pour d’autres cas. Ces spidroïnes diffèrent donc par leur pourcentage d’acides aminés spécifiques.

30

18

Comme on peut le voir sur l’image ci-dessus, la séquence de la fibroïne est généralement découpée en trois parties :

• La terminaison amine ou N-terminale.

• Le cœur • L'extrémité terminale carboxylique ou C-terminale.

Il est possible de retrouver deux séquences d'acides aminés très répétitives dans le cœur du polypeptide. Une riche en glycine favorisant la création d'hélices alpha et une autre poly-alanine favorisant la création de feuillets bêta. Les terminaisons amine et carboxylique ne sont pas répétitives.

La fibroïne est une protéine possédant une quantité importante d'acides aminés hydrophobes et apolaires, c'est à dire qu'ils ne possèdent pas de pôles positif et négatif.

31

Mais... Comment fait elle ?!

Comme vu dans le chapitre 1, l'araignée est capable de produire jusqu'à 7 fils de soie possédant des propriétés différentes grâce à ses diverses glandes séricigènes. Comment peut-elle modifier à sa volonté les propriétés physiques de son fil de soie ?

Selon la situation à laquelle l'araignée doit faire face, l'une des 7 glandes séricigènes va être stimulée. Chacune de ces glandes produisent jusqu'à 2 spidroïnes différentes. Ces spidroïnes diffèrent par leurs séquences d'acides aminés. En effet, ces spidroïnes peuvent posséder un cœur riche en glycine et donc être très élastiques, un cœur poly-alanine et donc être très robustes ou bien un cœur possédant une répétition en tandem de ces deux séquences, comme dans le cas du fil de traine, et donc être à la fois robustes et élastiques.

C'est donc en stimulant la glande affiliée à la soie répondant à la situation présente, que l'araignée peut modifier les propriétés du fil de soie produit.

Comme on a pu le voir, la soie d'araignée est un assemblage de protéines appelé "fibroïnes". Par le biais d'interactions entre les acides aminées les composant, des structures régulières sont créées : l'hélice alpha et le feuillet bêta. Ce sont ces structures qui donnent à la soie ses propriétés.

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2 . Robustesse Un matériau est dit "robuste" lorsqu'il est capable de supporter et de résister à diverses contraintes comme la tension, la compression ou la torsion. La soie que produit l'araignée est dotée d'une robustesse comparable à celle de matériaux synthétisés par l'homme tels que l'acier.

La robustesse d'un biomatériau comme la soie s'explique par sa composition chimique.

Nous allons voir ce qui, à l'échelle moléculaire, rend cette soie si robuste.

19

Comme vu précédemment, la soie est composée d'un assemblage de protéines appelées "fibroïnes". Au cours de la synthétisation de celles-ci dans les cellules des glandes séricigènes, des structures secondaires apparaissent : l'hélice alpha et le feuillet bêta. C'est ce dernier qui confère à la soie sa robustesse. Mais comment le feuillet bêta peut-il rendre un biomatériau comme la soie d'araignée robuste ?

33

Le feuillet Bêta Le feuillet bêta, ou feuillet plissé bêta, est donc l'une des structures secondaires des protéines. Il se forme lorsqu'un polypeptide se replie sur lui-même en forme d'accordéon grâce à des liaisons hydrogènes. Ce sont des liaisons électrostatiques faibles qui peuvent donc facilement casser, impliquant un atome d'hydrogène appartenant à une première molécule avec un atome électronégatif d'une autre molécule comme le fluor, l'azote ou bien, l'oxygène dans la soie d'araignée. La distance séparant ces deux atomes est alors minime : 0,25 nm.

20

Forme du feuillet bêta

34

Il existe deux types de feuillet bêta : • Le feuillet bêta parallèle :

sens de la protéine sens de la protéine

• Le feuillet bêta antiparallèle. C'est celui-ci qui est majoritairement retrouvé dans la soie d'araignée :

sens de la protéine sens de la protéine

Mais comment les feuillets bêta rendent-ils le fil de soie d'araignée si résistant ?

21

35

Dans la soie d'araignée, les feuillets bêta forment des blocs compacts et denses. Cela crée des zones ayant une structure proche de celle des matériaux cristallins tels que la glace ou les cristaux minéraux. Par ailleurs, les liaisons hydrogènes, liaisons facilement cassables, sont placées perpendiculairement au sens de la fibre, ce qui fait que, lors d'une tension, les feuillets bêta ne peuvent pas s'étirer.

22

Représentation informatique de la fibroïne dans son état normal (image du haut), puis sous tension (image du bas).

Les feuillets bêta sont représentés par les flèches jaunes. Lorsque la fibroïne est soumise à la tension (image du bas), les feuillets bêta restent intacts tandis que les zones rouges, hélices alpha participant à l'élasticité de la soie, disparaissent. Cela confirme donc que les feuillets bêta sont responsables de la grande résistance, notamment à la tension, du fil de soie d'araignée.

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La robustesse de la soie d'araignée est donc due à la présence en nombre non négligeable de feuillets bêta créant des microcristaux denses et compacts à l'intérieur de la fibre de soie d'araignée. Cela renforce ainsi sa résistance aux contraintes telle que la tension.

23

24

37

3 . Élasticité L’élasticité est la capacité d'un matériau à être déformé, tout en reprenant ensuite sa forme initiale lorsque la contrainte qu'on lui applique disparaît.

Le fil d’araignée est doté d’une grande élas-

guêpes, ou bien même à des petits oiseaux

ticité, comme on peut le constater avec le fil

comme le fait la toile de l’Araneus Diadema-

de capture de l’Araneus Diadematus qui

tus.

peut s’étendre jusqu’à 270% de sa taille initiale. Cette propriété est primordiale pour l’araignée, car elle permet à la toile de capturer des insectes de grosse taille volant à une vitesse importante sans se rompre. Ainsi, certaines toiles sont aussi bien capables de

Cette élasticité a été expliquée par la composition chimique des fils de soie (cf. paragraphe 1). Nous établirons dans cette partie le lien existant entre la composition et l’élasticité du fil de soie d’araignée.

résister à des petits moucherons qu’à des

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Reprenons l’image vue précédemment illustrant la robustesse : 22

Structure interne de la soie à l'état naturel et soumis à la tension. !

Zones cristallines, formées de feuillets bêta

!

Zones amorphes, formées de structures secondaires telles que les hélices polyproline

!

Zones amorphes, formées d’hélices alpha

L’image ci-dessus nous montre la structure interne d’un fil de soie lorsqu’il est à son état initial, c’est à dire sans contrainte, et lorsqu’il subit une force de traction. Les grosses flèches jaunes indiquent la présence de feuillets bêta, reliés par des structures amorphes représentées par les fils rouges et violets. On remarque que lorsque le fil est étiré, il n’y a plus d’hélices alpha (zones rouges) et que les zones amorphes violettes sont étendues à leur maximum alors que les feuillets bêta restent inchangés.

On peut donc en déduire qu’un lien existe entre les hélices alpha et la propriété d’élasticité du fil de soie.

39

Les zones amorphes Les zones amorphes sont constituées de structures secondaires ordonnées et désordonnées, telles que l’hélice de polyproline ou l’hélice alpha. On s’intéressera essentiellement à l’hélice alpha dans cette partie car elle est à l’origine de cette élasticité, parfois très impressionnante que possède le fil de soie. En effet, comme on a pu le voir, certains fils d’araignée peuvent s’étendre jusqu’à 270% de leur taille initiale.

Cette remarquable propriété est liée à la présence, plus ou moins importante selon les capacités élastiques du fil, d’hélices alpha dans la structure de la protéine.

L’hélice de polyproline L’hélice de polyproline est un type de structure secondaire de la protéine composée de répétitions d’acides aminés proline. Cette hélice a la particularité de ne présenter aucune liaison hydrogène au sein de sa structure, ce qui n’est souvent pas le cas pour les structures secondaires. Ces hélices sont liées entre elles par des domaines SH3, qui sont composés d’une soixantaine d’acides aminés, ayant pour caractéristique la facilité à se lier à des peptides riches en proline. Les hélices de polyproline permettent de créer un lien entre les feuillets bêta et les hélices alpha, mais celles-ci ne sont pas impliquées dans l’élasticité du fil de l’araignée.

25

40

L’hélice alpha Comme le sont les feuillets bêta, l’hélice alpha est une des grandes structures secondaires des protéines. Dans la structure de la fibroïne, ces hélices sont présentes en majorité, mais les proportions restent tout de même variables selon le type de soie.

La structure de l’hélice alpha trouve son origine dans la formation de liaisons hydrogènes entre le groupement carboxyle —CO d’un acide aminé et le groupement amide —NH du 4ème acide aminé lui succédant. La formation de ces liaisons de faible énergie est favorisée dans les zones amorphes car elles possèdent une forte quantité d’acides aminés glycines.

Groupement Carboxyle On parle de groupement carboxyle pour tous les composés organiques présentant une liaison double entre un atome Carbone et un atome Oxygène et une liaison simple avec un atome d'Oxygène lié à un atome d'Hydrogène. Les acides aminés sont des composés carboxyles car ils possèdent un groupe carboxyle.

On peut voir sur cette représentation de la structure générale d’un acide aminé la présence du groupement carboxyle.

41

La glycine La glycine est un acide aminé polaire, ce qui lui permet de former des liaisons de Van Der Waals ou des liaisons hydrogène. De plus, il est le plus léger des acides aminés grâce à sa chaîne latérale (notée R dans les représentations) qui ne possède qu’un seul atome hydrogène H. Cela permet de faciliter le repliement régulier de la protéine sur elle-même aboutissant ainsi à la forme de l’hélice alpha, dont chaque tour est constitué d’environ 3,6 acides aminés de sorte que les groupements —CO et —NH soient alignés. Cette structure tourne dans le sens des aiguilles d’une montre : on parle alors d’hélice droite.

On dit que l’hélice alpha possède une structure très stable car elle satisfait toutes les liaisons hydrogènes. Cette caractéristique est due à plusieurs facteurs :

• les chaines latérales sont orientées vers l’extérieur de la structure, ce qui minimise

les gènes stériques (répulsions électriques entre atomes)

• les liaisons hydrogènes (entre CO et NH) sont parallèles à l’axe de l’hélice

• la présence de tryptophane, de phénylalanine ou de leucine (trois acides aminés

apolaires) stabilise l’hélice grâce à des interactions hydrophobes.

La présence de l’acide aminé proline met fin à la structure en hélice alpha. En effet cet acide aminé présente une particularité dans sa structure : sa chaine latérale est à la fois liée au groupe carboxyle et au groupe aminé. Cela entraine un changement de direction au sein des chaines polypeptidiques et donne à cet acide aminé la particularité de ne pas contribuer aux liaisons hydrogènes, ce qui arrête la formation de l’hélice.

Représentation de l’acide aminé Proline.

On y remarque les liaisons entre la chaine latérale et les groupes amine et carboxyle.

42

26

Schéma représentant la structure secondaire sous la forme d’hélice alpha d’une protéine.

L’élasticité de la soie d’araignée est donc due à la présence d’hélices alpha à l’intérieur des zones amorphes qui constituent en partie la fibre de soie d’araignée.

C’est grâce à la faible énergie (facilement créable et cassable) des liaisons hydrogènes et des liaisons de Van Der Waals que le fil possède cette capacité d’être élastique.

43

Étude de cas Courbe caractéristique de la contrainte en fonction de la déformation du fil de trame de la Nephila Edulis.

On observe que pour une contrainte inférieure à ≈ 0,3 GPa le fil présente un comportement élastique, car la courbe est une droite. Cela signifie que le fil retrouvera sa forme initiale lorsqu’il ne sera plus soumis à cette contrainte. Au delà de 0,3 GPa, le fil subit une déformation plastique, ce qui veut dire que sa structure a été endommagée et qu’il ne retrouvera donc pas sa forme initiale. Enfin, on remarque que pour une contrainte d’environ 1,3 GPa le fil se casse.

Comme on a pu le voir, la soie d'araignée est un assemblage de protéines appelées "fibroïnes". Par le biais d'interactions entre les acides aminés qui les composent, des structures régulières sont créées : l'hélice alpha et le feuillet bêta. Ce sont ces structures qui donnent à la soie ses propriétés.

27

28

44

4 . Une ambivalence surprenante : Robustesse & Élasticité La soie que produit l’araignée est un matériau très solide car il combine deux propriétés rarement associées : robustesse et élasticité. Comme nous avons pu le voir, cette étonnante caractéristique est due à sa composition complexe.

La robustesse est la capacité d’un matériau à supporter et résister à diverses contraintes comme la tension, la compression ou la torsion.

La résistance d'une fibre comme la soie d'araignée peut être mesurée lorsque le matériau est sous compression, tension ou bien torsion.

45

kevlar

Tensile strength (GPa)

31

Dans ce diagramme qui montre la déformation en fonction de la contrainte, rubber

on voit que la soie d’araignée présente à la fois la résistance du Kevlar et l’élasticité du caoutchouc (rubber).

Extensibility (%)

La soie que produit l'araignée peut être dans certains cas dotée d'une grande robustesse comparable à celle de l'acier.

Il est possible, par exemple, de citer le fil de traine qui assure les déplacements de l'araignée. En effet, pareillement à la corde d'un grimpeur en escalade, ce fil prévient de la chute éventuelle et doit de ce fait supporter le poids de l'araignée en plus de l'énergie libérée par le choc.

D'autre part, la soie peut, selon le fil étudié, être également dotée d'une grande élasticité : capacité d'un matériau à pouvoir se déformer, tout en reprenant ensuite sa forme initiale lorsque la contrainte qu'on lui applique disparaît.

Cette capacité est indispensable à la toile pour pouvoir résister au vent et à la capture des proies. De plus, associée à l’adhésivité des fils de soie, elle permet à la toile de devenir un véritable piège : même si la victime se débat, elle ne parviendra jamais à rompre le fil qui la maintient prisonnière grâce à sont importante élasticité.

Dans cette partie, nous étudierons principalement le fil de traine de l'araignée car il est de loin le fil illustrant le mieux cette ambivalence si particulière.

Depuis que l'homme s'intéresse à cette soie, de multiples expériences et recherches ont été effectuées pour essayer de mesurer la solidité du fil de traine de l'araignée.

La composition de ce fil varie selon les espèces. Il n'est donc pas possible de définir des valeurs uniques mais seulement des approximations.

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Les principales mesures que l’on utilisera pour comparer les propriétés du fil d’araignée • Le module d'élasticité, également appelé module de Young, est une constante chiffrant l'élasticité d'un matériau. Celle-ci est généralement exprimée en gigapascal. Elle est définie par le rapport suivant:

La contrainte, mesurée en pascal, peut être de tension (étirement) ou de compres sion (écrasement).

La déformation (sans unité) provoquée par une contrainte est dite élastique, c’est à dire qu’elle est réversible et que le milieu retrouve son état initial lorsqu’il n’est plus soumis à cette contrainte.

Si E est faible, le matériau sera souple. À l’inverse, si E est élevé, le matériau sera rigide.

• La résistance est la force maximale pouvant être subie sous tension, compression ou torsion avant rupture. Elle est également exprimée en gigapascal.

• L'élongation maximale, est l'étirement maximal d'un matériau avant sa rupture lors d'une tension. Elle s’exprime en pourcentage de la longueur initiale du matériau.

• Enfin la ténacité est la mesure de l'énergie maximale absorbée par un matériau en se déformant avant sa rupture exprimée en mégajoule/m-3.

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Tableau récapitulatif des différentes mesures permettant de définir la solidité d'un matériau.

Matériaux

Densité [g.cm-­‐3]

Module d'élas:cité [GPa]

Élonga:on

Résistance

Ténacité

[%]

[Gpa]

[MJ.m-­‐3]

Fil de traine

1.3

60

30

1.1

180

Soie du Bombyx Mori

1.3

16

18

0.6

70

Nylon 6.6

1.1

3

18

0.95

80

Kevlar 49

1.4

123.5

2.7

3.6

50

Fibre de carbone

1.8

440

1.3

4

25

Acier

7.8

200

0.8

1.5

6

Après observation de ce tableau on peut conclure que le fil de traine de l'araignée : • est un matériau dit "souple" car son module d'élasticité est relativement faible contrairement à des matériaux dit "rigides" comme la fibre de carbone, l'acier ou le kevlar. En effet, la soie du fil de traine est quasiment 3.5 fois plus souple que le Kevlar. Cependant il existe des matériaux encore plus souples comme le nylon.

• est très élastique. En effet, celui-ci peut s'étendre jusqu’en moyenne 30% de sa taille initiale ce qui est supérieur aux matériaux synthétisés par l'homme et à la soie du ver à soie utilisé dans le textile. La soie d’araignée est 3.5 fois plus élastique que l’acier et peut s'étirer de 10 à 100 fois plus que le kevlar dans le cas du fil de trame (qui compose la toile) de l'Araneus Diadematus.

• est un matériau assez résistant : sa solidité est largement supérieure à celle du nylon et de la soie du ver à soie mais cependant inférieure à celle de la fibre de carbone, d'acier et de kevlar.

• est un matériau très solide. En effet, sa ténacité, énergie maximale absorbée avant rupture est 3.5 fois plus élevée que celle du Kevlar et 30 fois supérieure à celle de l'acier !

48

Le fil de traine est une fibre combinant parfaitement robustesse (résistance, solidité) et élasticité (souplesse, élongation). D'autres propriétés de cette soie ont également été découvertes.

49

5 . Autres propriétés

29

Outre ces deux propriétés principales, ro-

avantage par rapport à ces matériaux :

bustesse et élasticité, d’autres furent et

pour un élément de même robustesse ou

sont encore découvertes. Dans cette par-

de même élasticité, celui à base de soie au-

tie nous nous intéresserons seulement aux

ra une masse bien moins conséquente.

propriétés de ce biomatériau pouvant, dans le futur, être utiles à l'homme.

De plus le fil d'araignée est beaucoup plus

Une

haute résistance comme le kevlar. En effet

caractéristique principale de la soie

fin que la majorité des fibres synthétiques

d’araignée, est sa très faible densité.

celle-ci mesure environ 3 - 4 µm d'épais-

Celle-ci avoisine 1,3 g.cm3 contre 7,8

seur contre 0.5 - 3 mm d'épaisseur pour la

g.cm3 pour l’acier et 1,8 g.cm3 pour la fi-

fibre de carbone et 0.1 - 0.65 mm pour le

bre de carbone. Cela lui donne un sérieux

kevlar 49.

50

7

Il est possible de constater la finesse de soie d'araignée sur cette image : le fil épais, environ 80 µm, est un cheveu humain tandis que les deux fils fins, environ 3 - 4 µm, sont des fils de soie d'araignée.

D'autre part, comme tous les matériaux issus du vivant, la soie est complètement biodégradable, elle peut être décomposée naturellement par des organismes vivants.

Elle est donc non polluante. Cela lui donne un sérieux avantage en comparaison aux

excepté les dérivés du carbone comme le diamant et le graphite.

De plus il a aussi été prouvé que cette conductivité thermique, contrairement aux matériaux métalliques, augmente quand le fil

matériaux métalliques ou plastiques.

de soie est sous tension.

Il a été prouvé que la soie d'araignée pos-

Enfin, il a été découvert très récemment

sède une conductivité thermique exceptionnellement haute : allant jusqu'à 416 W/ m·K ce qui surclasse la plupart des maté-

que la soie était également un excellent conducteur de lumière qui s’y déplace aussi aisément que dans la fibre optique.

riaux synthétiques, naturels et des métaux,

51

On a vu que la soie d’araignée présente la particularité d’être à la fois robuste et élastique. On trouve rarement ces deux propriétés dans un même matériau. Cela a incité les chercheurs à s’intéresser à ce matériau qualifié de bio car fabriqué par un organisme vivant. Ainsi les recherches ont abouti à la découverte de nouvelles propriétés. On sait maintenant que les fils de soie d’araignées sont également de très bons conducteurs de lumière et de chaleur et que leur densité est relativement faible. De plus, il est appréciable de préciser que ce matériau est biodégradable. En comparant les résultats des recherches menées, les scientifiques ont pu constater que le fil de soie présentait des caractéristiques plus intéressantes que celles de matériaux utilisés à l’heure actuelle, comme par exemple l’acier ou même le Kevlar.

Conclusion Nous avons vu que la soie est un assemblage de protéines appelées "fibroïnes".

Ces protéines possèdent deux séquences d'acides aminés très répétitives : une riche en glycine et l'autre en alanine. La séquence riche en glycine favorise l'apparition de zones dites amorphes pouvant s'étendre du fait des très faibles liaisons entre les différents acides aminés tandis que celle riche en alanine favorise l'émergence de zones très stables dites cristallines. C'est l'assemblage de ces zones qui donne à la soie la possibilité d'être à la fois robuste et élastique. Mais outre cette ambivalence, c'est aussi la composition de la soie qui lui procure d'autres propriétés toutes aussi intéressantes comme sa faible densité, sa finesse, le fait qu'elle soit biodégradable et son excellente conductivité thermique et lumineuse.

Ce sont ces propriétés qui, combinées, surprennent et intéressent les hommes qui voient en cette soie un élément capable de remplacer, dans le futur, les matériaux qu’il n’a d’autre solution aujourd'hui que de synthétiser lui même.

52

CHAPITRE III L’exploitation de la soie et ses limites

“Ce qui est une imitation de la nature ne peut pas être un défaut.”

– Gotthold Ephraim Lessing

30

1 . Différents domaines d’applications Des futurs équipements militaires en soie d’araignée?

Dans le domaine militaire, les équipements

La densité de la soie est plus intéressante

de protection ont une place plus qu’impor-

que celle du kevlar comme nous l’avons

tante, car ce sont eux qui assurent la sécu-

vu précédemment. A résistance égale, elle

rité des soldats. Depuis quelques temps,

est moins lourde. Equipés plus légèrement

on suspecte que les futurs gilets pare-bal-

les soldats seraient plus mobiles. De plus

les pourraient être fabriqués avec des ma-

le Kevlar est fabriqué a base de pétrole,

tériaux composites à base de soie d’arai-

une énergie fossile non renouvelable et pol-

gnée à la place du kevlar. Cette solution

luante qui va s’épuiser dans l’avenir. A l’in-

est d’autant plus au coeur du sujet que la

verse la soie est considérée comme une

France a connu des grands drames avec

ressource plus saine et moins couteuse.

la mort de plusieurs dizaines de soldats en

Cependant peu de données existent sur la

Afghanistan. La qualité des équipements

longévité de la soie et son usure. De même

français et notamment celle des gilets

des expériences supplémentaires seraient

pare-balles aurait été en partie responsa-

souhaitables pour tester sa résistance à la

ble de la mort de ces soldats. La question

chaleur. La soie semble peu fiable dans sa

se pose: la soie d’araignée est-elle capa-

capacité de résistance face a des gros

ble de constituer les gilets pare-balles de

obus ou bien à des balles de gros calibre

demain ?

car il semblerait qu’elle ne puisse pas empêcher la pénétration de balles de plus de 22 mm.

54

La soie d’araignée, une utilité pour la médecine?

Les greffes de peau représentent une opération délicate pour les médecins. En effet, elles peuvent s’accompagner d’un problème de rejet.

Pour y remédier, les docteurs font des autogreffes sur les patients. Il s’agit de prélever de la peau sur une partie du corps considérée comme saine. Ce prélèvement est mis en culture, puis greffé sur la zone atteinte. Cependant cette technique connait des limites, comme par exemple lorsque la surface à greffer est trop importante et qu’on ne dispose pas suffisamment de zones de peau saines.

Les recherches sur un matériau capable de remplacer la peau pour une greffe ont été nombreuses mais n’ont souvent abouti à rien, car les exigences sont très importantes. Ainsi, il faut que le tissu à greffer : •Soit toléré par les défenses immunitaires •Contienne des cellules cutanées pour remplaEt c’est à ces exigences que la

cer les tissus perdus

soie d’araignée a été la plus à

•Puisse progressivement laisser place à la

même de répondre. Effectivement

peau naturelle

elle est un matériau robuste qui

•Soit assez résistant

semble être toléré par l’organisme humain et qui contribue à la prolifération de cellules présentes dans la peau hu-

Des chercheurs allemands ont réussi à créer

maine.

une peau artificielle à partir d’une synthèse de soie d’araignée. Cependant malgré le bon fonctionnement de celle-ci plusieurs problèmes se posent. Comment récolter cette soie d’araignée en grande quantité tout en préservant ses caractéristiques ?

55

2 . Les limites de la production de soie d’araignée Pourquoi la soie d’araignée n'est-elle pas encore exploitée dans la vie courante ?

31

31

Expérience d’extraction du fil d’araignée.

Images extraites de la thèse de Daniel SAPEDE «Contributions à la compréhension de la structure et de la dynamique hiérarchiques du fil de traîne de l'araignée» soutenue à l’école des Mines de Paris

Voila une question récurrente dans le do-

donc de la production de leurs soie. Effecti-

maine du biomimétisme. En vérité ce re-

vement nous avions vu que les araignées,

tard d’exploitation s’explique a travers le

en tant que grande prédatrice, peuvent se

problème de l’élevage des araignées et

manger entre-elles. Ainsi leur vie en com-

56

munauté leurs est quasi-impossible. Un élevage en masse est semble-t-il impossible. Pour palier à ce problème des chercheurs canadiens de chez « Nexia Biotechnologies » ont réussi a produire des protéines de soie a travers des chèvres génétiquement modifiées. Effectivement ces chèvres à qui on a rajouté le gène permettant la fabrication de soie ont pu produire un lait contenant des protéines de soie. Cette expérience est prometteuse. Il reste maintenant à comprendre comment fabriquer de la soie à partir de ces protéines.

57

Conclusion L'araignée est dotée d'un système de production de soie adapté lui rendant bien des services. La soie est un biomatériau lui aussi très performant. Doté de propriétés surprenantes et exceptionnelles, ce matériau intéresse les hommes qui y voient un moyen de remplacement à certains éléments actuellement utilisés. Cependant l'incapacité à en produire en quantité industrielle est un problème que la recherche doit aujourd'hui essayer de résoudre.

De multiples expériences de synthèse sont en cours de réalisation.

lviii

Bibliographie et sitographie

Anatomie, production de la soie et usages militaires:

Livre «Arachna» : «les voyages d'une femme araignée» _ Christine Rollard http://cpn.sittelles.free.fr/Araignees-Morphologie_Anatomie.pdf http://www.ikonet.com/fr/ledictionnairevisuel/regne-animal/insectes-et-arachnides/araigne e/anatomie-de-araignee-femelle.php http://www.entoflorachne.com/araignee/araign%E9e_s%E9ricig%E8ne.html http://fr.wikipedia.org/wiki/Gilet_pare-balles#La_soie_d.27araign.C3.A9e

L’exploitation de la soie

http://www.bassinperinee.net/article-34.html http://suite101.fr/article/le-fil-daraignee-un-materiau-davenir-pour-remplacer-le-kevlar-a26 535 http://presse-et-multimedia.fr/blog/sante/araignees-pour-fabriquer-peau-artificielle http://www.informationhospitaliere.com/actualite-3231-utilisations-recherches-fil-l-araigne e.html http://fr.wikipedia.org/wiki/Gilet_pare-balles#La_soie_d.27araign.C3.A9e http://suite101.fr/article/le-fil-daraignee-un-materiau-davenir-pour-remplacer-le-kevlar-a26

Composition chimique et propriété physique

http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/06/52/69/PDF/daniel_sapede_thesis.pdf http://www.intechopen.com/download/get/type/pdfs/id/16711 http://www.optics.rochester.edu/workgroups/cml/opt307/spr07/luke/ http://www.chm.bris.ac.uk/motm/spider/projecth.htm http://biochimiedesproteines.espaceweb.usherbrooke.ca/index.php http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n4/abs/nmat2704.html

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Thèses & articles

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2658765/ https://cours.espci.fr/site.php?id=59&fileid=364 http://coursp1bichat-lariboisiere.weebly.com/uploads/8/0/7/9/807976/les_proteines.pdf

Autres

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http://fr.wikipedia.org/wiki/Araneae

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3.

http://www.jpzero.com/photo/galleries/Animaux/Araignees/IMGP4196.jpg

4.

http://www.entoflorachne.com/araignee/araign%E9e_s%E9ricig%E8ne.html

5.

http://www.intechopen.com/books/metal-ceramic-and-polymeric-composites-for-various-uses/spider-silk

6.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2658765/

7.

http://www.optics.rochester.edu/workgroups/cml/opt307/spr07/luke/

8.

4 photos : http://www.dinosoria.com/araignee_toile.htm

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http://journalmetro.com/actualites/national/390630/des-predatrices-a-limagination-sans-bornes/

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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scytodes_thoracica_-_side_(aka).jpg

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http://forum.hardware.fr/hfr/Discussions/unique-araignees-sujet_6998_148.htm

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http://espacepourlavie.ca/insectes-arthropodes/les-dolomedes

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Extrait de la vidĂŠo : http://www.youtube.com/watch?v=usCNem9ixbU

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http://bugguide.net/node/view/226176

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http://citizenpost.fr/lelectronique-du-futur-se-cacherait-dans-la-soie-daraignee/

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http://www.optics.rochester.edu/workgroups/cml/opt307/spr07/luke/FIBERS5.JPG

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Reccueil d’images : http://www.google.fr/imghp

31 .

http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/06/52/69/PDF/daniel_sapede_thesis.pdf

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