Biodiversité 2012

C'est bien souvent à l'échelle nanométrique ou moléculaire que ces structures révèlent leur composition, leur agencement et leur organisation. Les possibilités techniques de microscopie (électronique ou à force atomique) ouvertes par le développement des nanotechnologies permettent aujourd'hui aux chercheurs d'entrer dans l'intimité de ces structures afin de s'en inspirer. Ces derniers vont même jusqu'à utiliser le principe de sélection dans leurs simulations afin de laisser évoluer les structures qu'ils créent vers celles qui pourront répondre au mieux aux besoins.

Un des matériaux stars de ces derniers mois est la soie, que ce soit celle produite par les vers ou par les araignées pour tisser leur toile. La soie est 5 fois plus résistante que l'acier alors que ses composants sont reliés par des liaisons hydrogène qui sont 100 à 1000 fois plus faibles que les liaisons qui lient les atomes dans l'alliage métallique. De plus, la soie possède la particularité d'être malléable et de pouvoir s'étirer. Nul doute étant donné ses propriétés que ce matériau intéresse autant les chercheurs.

L'équipe du Prof Buehler au Massachusset Institute of Technology a réussi à percer les secrets de ce matériau [1,2]. Pour cela, les chercheurs ont développé un modèle de dynamique moléculaire à grande échelle capable de calculer les interactions entre les protéines qui constituent la soie. Les protéines en forme de nanocristaux plans, appelés feuillets ? et reliés par des filaments, se superposent de manière à combiner l'action des liaisons hydrogènes pour rendre le matériau à la fois résistant et ductile, en dépit du fait de la faiblesse de ces liaisons. C'est ce que le modèle original développé par l'équipe a permis de mettre en évidence. Par ailleurs, les chercheurs ont aussi démontré que la taille de ces feuillets (3 nm) est capitale. Si ces derniers sont légèrement plus grands (à 5 nm), le matériau perd sa résistivité et devient cassant.

Maintenant que ces mécanismes sont compris, l'équipe du Prof Buehler espère pouvoir mettre au point de nouveaux matériaux basés sur les mêmes principes mais utilisant d'autres composants comme les nanotubes de carbone, naturellement plus résistants que les protéines. Cependant, les propriétés de la soie en font aussi un matériau utilisable pour toute une série d'application, comme suggéré par David Kaplan de la Tufts University [3].

Chez les papillons, la communication semble passer par un ensemble de messages colorés. Le bleu électrique des Morphos en sont un exemple. Ces couleurs vives, métalliques et changeantes naissent de l'interaction de la lumière avec des structures nanoscopiques et microscopiques qui constituent les écailles des ailes de ces insectes. Une équipe de Yale University conduite par le Prof Prum a étudié la formation de ces structures chez les papillons de la famille des Papilionidés [4].