Fil d'araignée

- CNRS  link

Paris, 30 mars 2006

Pourquoi l'araignée suspendue à un fil ne tourne pas sur elle-même ?

Les propriétés exceptionnelles du fil d'araignée en font une sorte de pain béni pour la recherche sur les polymères. Cependant, ses étonnantes capacités de torsion demeurent méconnues. Comment expliquer le fait qu'une araignée suspendue à un fil reste parfaitement immobile, au lieu de tourner sur elle-même comme un alpiniste au bout d'une corde ? Des chercheurs du laboratoire de physique des lasers (CNRS – Université de Rennes) détaillent les exceptionnelles propriétés de ce matériau qui n'a pas fini de nous surprendre. Ces résultats paraissent dans la revue Nature du 30 mars 2006.

Arrimez un objet au bout d'un fil vertical. Imprimez-lui une légère torsion et lâchez-le. Vous constaterez qu'il tourne sur lui-même, plus ou moins longtemps et avec une plus ou moins grande amplitude selon la nature du fil. Observez maintenant une araignée suspendue. Elle est stable, fixe, tisse son fil selon une parfaite ligne droite, et retrouve son équilibre quelles que soient les perturbations ambiantes.

A l'aide d'un pendule de torsion auquel est fixé un fil relié à une masse de poids équivalent à celui d'une araignée, des chercheurs du laboratoire de physique des lasers (CNRS - Université de Rennes) ont comparé les réponses dynamiques de différents types de fils à une rotation de 90°. Les résultats sont édifiants : Un filament de Kevlar™ (donc synthétique) se comporte de manière élastique, avec des oscillations atténuées. Un fil de cuivre présente de faibles oscillations mais revient difficilement à sa forme initiale, et au prix d'un accroissement de sa fragilité. Le fil de l'araignée, lui, possède un haut coefficient d'absorption des oscillations, indépendant de la résistance de l'air, et garde ses propriétés de torsion au fur et à mesure des répétitions. Encore plus surprenant : il revient complètement à sa position originelle. Certains alliages, tels le Nitinol, possèdent des propriétés similaires, mais il faut que ce dernier soit chauffé à 90°C pour retrouver sa forme.

On connaissait depuis de nombreuses années les caractéristiques étonnantes du fil d'araignée : sa ductilité, sa force et sa dureté dépassent en effet celles des fibres synthétiques les plus élaborées. Il semblerait maintenant que la sélection naturelle, face aux torsions et aux oscillations répétées qu'il subit, ait permis son évolution en un matériau dit "à auto-mémoire de forme", c'est-à-dire ne nécessitant aucun stimulus extérieur pour retrouver sa configuration initiale. Cette dynamique complexe a été récemment décrite par un modèle "emboîté" que les auteurs proposent pour décrire la relaxation des différentes protéines du fil d'araignée.

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- CNRS link

Paris, March 28, 2006

Why a spider hanging from a thread does not rotate?

The extraordinary properties of spider's thread are like a blessing for
researchers working on polymers. However, the amazing twisting properties it displays are still not very well understood. How can one explain the fact that a spider suspended by a thread remains completely motionless, instead of rotating like a climber does at the end of a rope? Researchers at the Laboratoire de physique des lasers (CNRS/University of Rennes) have described the exceptional properties of this material which still has some secrets to reveal. The results will be published in Nature on 30 March 2006.

Fasten an object to the end of a vertically suspended thread. Give it a slight twist and let go. You will observe that the object rotates for a certain length of time and with a certain amplitude, depending on the material of the thread. Now observe a spider suspended from its thread: It is stable, doesn't move, spins its thread in a perfectly straight line and always recovers its balance after environmental disturbances.

By experimenting with a torsion pendulum to which they attached a mass equivalent to a spider's weight, researchers at the Laboratoire de physique des lasers (CNRS/University of Rennes) compared the dynamic reactions of different types of thread to a 90° rotation.  The results are revealing: a KevlarTM filament (which is synthetic) behaves like an elastic, with reduced oscillations. A copper thread oscillates slightly but does not return to its original shape, and becomes more fragile as a result of these oscillations.  Spider's thread, on the other hand, is very efficient at absorbing oscillations, regardless of air resistance, and retains its twisting properties during the experiments.  It also returns to its exact original shape. Certain alloys, such as Nitinol, possess similar properties but must be heated to 90° to return to their original shape.

The amazing properties of spider's thread have been known for several years: its ductility, strength and hardness surpass those of the most complex synthetics fibers . It now also seems that through natural selection, spider's thread has evolved into a material with “self-shape memory effect”  which allows it to return to its original configuration without outside stimulus. This complex dynamic process has recently been represented as  a “stacked” model  which the authors  use to depict the relaxation of the different proteins in spider's thread.

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© Anthony Carré - CNRS 2006

Spiders can avoid uncontrolled movements in their thread, which could potentially attract predators.


References:

Olivier Emile, Albert Le Floch & Fritz Vollrath. The self-shape memory effect in spider draglines. Nature, 30th March 2006.

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CNRS - Institut de Physique  link  

Démêler la torsion des protéines de soie d’araignée

20 avril 2007

Matériaux

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Une araignée suspendue à son fil ne tourne quasiment jamais sur elle-même, contrairement à l’alpiniste suspendu à une corde de rappel. Cette absence de rotation est due aux propriétés de mémoire de la soie d’araignée. L’étude de ces propriétés fournit de nouvelles informations sur la manière dont se plient et se déplient les protéines qui composent ces fils.

Des chercheurs du laboratoire de physique de laser de Rennes (France) et du département de zoologie à Oxford (Angleterre) ont étudié la dynamique de torsion de plusieurs types de soie de suspension d’araignées. Les scientifiques ont montré que l’amortissement de la torsion des fils est caractérisé par trois échelles de temps allant de la minute à l’heure. Les grandeurs mesurées pour divers fils sont différentes, mais leur rapports restent les mêmes. Cette observation suggère que les mécanismes associés à ces évolutions à l’échelle microscopiques mettent en jeu les structures secondaires, tertiaires et quaternaires des protéines qui composent le fil de soie.

En savoir plus :

Time-Resolved Torsional Relaxation of Spider Draglines by an Optical Technique,, O. Emile, A. Le Floch, and F. Vollrath, Physical Review Letters,98, 167402 (2007)

Les auteurs

O. Emile (Professeur), A. Le Floch (Professeur) et F. Vollrath (Department of Zoology, Oxford)

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Ouest France : jeudi 30 mars 2006

OF Araignée-2

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05/04/2006 à 20h50
Libération

Le fil d'araignée n'est pas retors

COLOMA Tristan

Pourquoi une araignée suspendue reste-t-elle stable sans tourner sur elle-même ? C'est un peu par hasard, en utilisant des fils d'araignée pour leurs capacités à résister aux torsions, qu'une équipe de physiciens du CNRS à l'université de Rennes s'est brusquement posé la question (1). «Nous avons comparé les réponses dynamiques, suite à une rotation de 90°, de différents fils reliés à une masse du poids d'une araignée», explique Olivier Emile, un des membres de l'équipe. «Et les résultats nous ont beaucoup étonnés : le filament de Kevlar (fibre synthétique) est élastique, et ses oscillations s'atténuent dans le temps ; le fil de cuivre revient difficilement à sa forme initiale, et au prix d'un accroissement de sa fragilité ; le fil de l'araignée, lui, non seulement "absorbe" les mouvements et garde ses propriétés de torsion, mais il revient complètement à sa position originelle, c'est un matériau "à automémoire de forme."» Pour produire un matériau ayant les mêmes propriétés, une des solutions serait de synthétiser des polymères reproduisant l'enchevêtrement des protéines d'un fil d'araignée. Si ceci est réalisable, alors des applications chirurgicales seront envisagées car le fil d'araignée est biocompatible et pourrait, par exemple, servir à recoudre des tendons arrachés. «Une araignée d'un gramme étant capable de se suspendre à un fil de deux micromètres de diamètre, cela signifie, si l'on fait le ratio, qu'une personne adulte pourrait se suspendre ­ en restant stable ­ à un fil de deux à trois millimètres de diamètre. Ce fil synthétique serait donc extrêmement résistant», souligne Olivier Emile. Encore faut-il que les patients le tolèrent psychologiquement et ne se retrouvent pas avec une araignée au plafond.

(1) Nature, 30 mars 2006, étude réalisée par Albert Le Floch, Olivier Emile et Friz Vollrath.

 

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- Rennes 1 Campus - le journal de l'Université de Rennes 1 :

 

Le fil d'araignée : un matériau qui n'a pas fini de nous surprendre link

 

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Agence Universitaire de la Francophonie  

 

Un secret du fil d’araignée dévoilé par des physiciens de l’Université de Rennes 1    

3 avril 2006


Trois chercheurs ont analysé les capacité de torsion méconnues de ce fil
Comment expliquer le fait qu’une araignée suspendue à un fil reste parfaitement immobile, au lieu de tourner sur elle-même comme un alpiniste au bout d’une corde ?
 

La réponse se trouve dans un article paru, le 30 mars dernier, dans la revue Nature qui présente les résultats d’une recherche menée par trois chercheurs du Laboratoire de physique des lasers de l’Université de Rennes 1.

Les propriétés exceptionnelles du fil d’araignée sont un sujet de prédilection des scientifiques qui effectuent des recherches sur les polymères. On connaît sa ductilité, sa force et sa dureté qui dépassent celles des fibres synthétiques les plus élaborées. Pourtant, ses étonnantes capacités de torsion demeuraient méconnues jusqu’ici.

Si on arrime un objet au bout d’un fil vertical, qu’on lui imprime une légère torsion avant de le lâcher, on constate qu’il tourne sur lui-même, plus ou moins longtemps. Maintenant, si on observe une araignée suspendue, elle est stable, fixe, tisse son fil selon une parfaite ligne droite, et retrouve son équilibre quelles que soient les perturbations ambiantes.

Pour comprendre cette dynamique, les trois chercheurs du Laboratoire de physique des lasers de l’Université de Rennes 1 ont comparé, à l’aide d’un pendule de torsion auquel est fixé un fil relié à une masse de poids équivalent à celui d’une araignée, les réponses dynamiques de différents types de fils à une rotation de 90 degrés, notamment un filament synthétique de type Kevlar et un fil de cuivre.

L’expérience comparative des propriétés a démontré que le fil de l’araignée possède un haut coefficient d’absorption des oscillations, indépendant de la résistance de l’air, et garde ses propriétés de torsion au fur et à mesure des répétitions. Et, encore plus surprenant,il revient complètement à sa position originelle.

Selon les chercheurs, il semblerait que la sélection naturelle, face aux torsions et aux oscillations répétées qu’il subit, ait permis son évolution en un matériau dit « à auto-mémoire de forme », c’est-à-dire ne nécessitant aucun stimulus extérieur pour retrouver sa configuration initiale. Cette dynamique complexe a été récemment décrite par un modèle « emboîté » que les auteurs proposent pour décrire la relaxation des différentes protéines du fil d’araignée.

Le Laboratoire de physique des lasers fait partie du Laboratoire de physique des atomes, lasers, molécules et surfaces (PALMS), de l’UFR Structure et propriété de la matière de l’Université de Rennes 1, et dépend du département Sciences physique et mathématique du CNRS.

 

Source : CNRS (France) - Photo : © Anthony Carré - CNRS 2006

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Des chercheurs rennais démêlent les secrets du fil d'araignée  link

Hyperstable, le fil d'araignée résiste aux oscillations

La solidité du fil d'araignée est connue depuis plusieurs centaines d'années, mais jamais personne ne s'était encore intéressé à sa torsion. C'est désormais chose faite : deux chercheurs d'une UMR CNRS/Université de Rennes 1, associés à un chercheur de l'Université d'Oxford ont publié leurs résultats dans la revue Nature, du 31 mars dernier.

Depuis plus d'un an qu'ils travaillent sur Araneus diadematus, celle-ci  n'a plus de secret pour deux chercheurs du laboratoire de physique des lasers de l'Université de Rennes 1. Vous avez bien lu : deux physiciens s'intéressent de près à l'araignée de nos jardins, ou plus exactement à son fil... Tout a commencé il y a plus de 15 ans, quand Albert Le Floch décide de poursuivre une manipulation sur les échanges entre lumière et matière, commencée en 1936 à Princeton par Richard Beth, conseillé par Albert Einstein. L'expérience consiste à suspendre un cristal de quartz au bout d'un fil et à le faire tourner avec de la lumière.
« Nous voulions reprendre cette manipulation avec les sources lumineuses d'aujourd'hui, mais nous sommes vite trouvés confrontés au problème du fil, explique Albert Le Floch.

Et pourquoi pas du fil d'araignée

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Dans les sous-sols du laboratoire rennais, voilà plus d'un an qu'un morceau de quartz est suspendu au bout de son fil d'araignée dans une cloche à vide.

Et pourquoi pas du fil d'araignée ?

 « Comment suspendre le morceau de quartz ? Un collègue, Jean Mevel, a alors suggéré : « et pourquoi pas avec du fil d'araignée ? ». Je l'ai tout de suite pris au sérieux, car ce fil est connu pour être sans torsion ». Et pourtant, la plupart des études réalisées jusqu'à ce jour concernent plutôt l'incroyable résistance du fil. « Tout le monde tire dessus ; nous, nous le tordons ! commente Albert Le Floch. L'armée américaine voulait en faire des parachutes, mais elle s'est retrouvée devant un problème d'approvisionnement : l'élevage des araignées est extrêmement difficile car elles se mangent entre elles ! » Pour parer à cette difficulté, la société Dupont de Nemours  a même isolé le gène impliqué dans la synthèse de la protéine qui compose le fil d'araignée, pour la produire par génie génétique. Mais le problème consiste ensuite à la filer ! Les araignées ne livrent pas tous leurs secrets !
Dans les sous-sols du laboratoire rennais, voilà plus d'un an qu'un morceau de quartz est suspendu au bout de son fil d'araignée... Mais avant de finaliser leur expérience d'origine, les deux chercheurs se sont intéressés de près aux propriétés de torsion du fil. Ils y ont accroché un petit mobile en plastique correspondant au poids de l'araignée, l'on fait bouger  et ont analysé son comportement grâce à une caméra.

Entre kevlar et cuivre

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Une araignée peut fabriquer jusqu'à sept fils différents.
Le fil de vie est un fil droit le long duquel elle descend sans tourner
sur elle-même. Sa survie en dépend si elle ne veut pas attirer ses prédateurs !

Pour la comparaison, ils ont réalisé l'expérience avec deux autres fils, en kevlar et en cuivre. Résultat : le fil de kevlar, trop élastique, tourne sur lui-même sans s'arrêter comme un alpiniste au bout de sa corde, alors que le fil de cuivre n'oscille pas mais finit par se disloquer et casser. « Le fil d'araignée possède la solidité du kevlar et la stabilité du cuivre. On observe un premier temps de torsion puis un second de relaxation », poursuit Albert Le Floch. « En fait, le fil reprend sa position initiale en trois temps, précise Olivier Émile. Ces trois composantes sont : une minute, dix minutes et une heure. Cela laisse supposer que le fil est composé de trois niveaux de structures différents ». Vu par des biochimistes, le fil de l'araignée est constitué par deux chaînes protéiques constituées essentiellement par l'un ou l'autre des deux acides aminés, glycine ou alanine. Or la structure tridimensionnelle d'une protéine est due à une infinité de liaisons réversibles, qui expliquent le fait que le fil d'araignée retrouve son état d'origine.
Aujourd'hui, les deux chercheurs rennais travaillent sur cette structure tridimensionnelle - probablement une structure emboîtée -, ainsi que sur la construction d'un modèle mathématique du phénomène de torsion. « Nous aimerions bien tenter l'expérience sur d'autres protéines et d'autres biomolécules comme l'ADN,  par exemple, suggère Albert Le Floch. Cet autre fil de la vie possèderait-il cette même propriété de réversibilité ?


Ils tissent des liens
Nathalie Blanc

« C'est arrivé au courrier ce matin ! » Albert Le Floch et Oliver Emile exhibent fièrement une enveloppe contenant du fil d'araignée enroulé autour d'un bout de carton. Leurs travaux ont alerté un inventeur lyonnais d'origine malgache, qui cherche à mettre au point des fileuses - des appareils dans lesquels il installerait une araignée pour récupérer le précieux fil. Une fois maîtrisée, l'exploitation de ce dernier pourrait constituer une piste pour l'île de Madagascar, qui abrite des Néphilia : de jolis spécimens de 14 cm de diamètre !

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Article publié en Mai 2006
dans Sciences Ouest n°232

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Les prouesses du fil prodige  link

À Rennes, deux physiciens s'intéressent de près à la soie d'araignée. Elle pourrait aider à repérer la maladie d'Alzheimer.

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"Certaines toiles, dites géométriques, sont de véritables
oeuvres d'art. Si elles paraissent fragiles, la soie qui
les compose est plus résistante que l'acier."

Il est fort, souple, plus résistant que le kevlar. De l'épaisseur d'un pouce, il pourrait stopper un avion en vol ! Le fil d'araignée ne cesse d'émerveiller les scientifiques. Deux chercheurs du laboratoire de physique des lasers de l'Université de Rennes1, en collaboration avec un zoologiste de l'université d'Oxford, lui ont découvert une autre vertu : la mémoire(1). « Lorsqu'il se tord, le fil d'araignée ne tournoie pas pour revenir en place, explique Albert Le Floch, il reste vrillé. Mais retournez voir le lendemain, il aura repris sa position initiale. C'est un fil à mémoire de forme. » Une qualité qu'il partage avec certains alliages de métaux, le nitinol, par exemple, souvent utilisé par les magiciens. À ceci près que les fils employés par les prestidigitateurs ont besoin de chaleur pour retrouver leur forme d'origine. « La soie d'araignée n'a besoin de rien, elle se remet en place naturellement », précise Olivier Émile.

Un fil indestructible
C'est en travaillant sur une expérience de physique, où ils utilisent le fil d'araignée pour sa solidité, que les deux chercheurs ont découvert ces étonnantes propriétés de torsion. Aujourd'hui, ils ont franchi les barrières des spécialités et s'intéressent à la composition biologique du fil. « Il est constitué de deux protéines», décrit Olivier Émile. L'une est dite en alpha-hélice, elle permettrait au fil de retrouver sa position initiale.L'autre possède une structure (bêta-amyloïde), en forme d'escalier. Elle résulte d'un mauvais repliement des chaînes d'acides aminés qui forment les protéines.  Responsables des légères oscillations du fil, les bêta-amyloïdes rendent également le fil indestructible ou presque. « Plongez-le une nuit dans une cuvette d'acide, il ressortira intact ! », affirme Albert Le Floch.

Repérer des traces d'Alzheimer
Ce qui constitue une force pour le fil d'araignée ne l'est pas pour notre organisme. Comme l'acide, nous sommes incapables de dissoudre les bêta-amyloïdes qui se forment dans nos organes. Or ces protéines se dupliquent et polluent. Chez les malades d'Alzheimer, par exemple, elles s'accumulent sous forme de plaques blanches dans le cerveau. Cause ou conséquence de la maladie ? La question est ouverte. Un neurologue de Harvard a également repéré des traces d'amyloïdes dans les yeux de souris frappées d'Alzheimer(2). L'expérience sur l'œil humain est délicate mais permettrait de repérer la maladie en amont. « Actuellement, le diagnostic arrive trop tard, alors que l'accumulation a pu commencer 20 ou 30 ans avant, confie Albert Le Floch, nous voudrions être capables de détecter les protéines même à de faibles taux. Notre projet est d'introduire des bêta-amyloïdes dans un cristallin artificiel, déjà utilisé pour les opérations de la cataracte, et voir si nous pouvons repérer ces mêmes traces. »

De nouvelles perspectives
Pour mener à bien ce test oculaire, les scientifiques vont utiliser des fils d'araignées du jardin, mais aussi ceux fournis par DuPont de Nemours, une entreprise américaine spécialisée en matériaux innovants. « Ils nous ont envoyé un fil composé d'alpha-hélice uniquement, un autre de bêta-amyloïde et le troisième est un mélange. » Pour maîtriser la composition des fils, l'industrie fait appel à... des chèvres. Dans les années 90, intéressés par les propriétés de la soie, des ingénieurs sont parvenus à introduire dans les cellules mammaires de l'animal, dans les pis, les gènes codant pour la synthèse des deux protéines composant le fil d'araignée. Résultat : les protéines se retrouvent dans le lait après la traite. « Cela nous permet d'étudier le rôle de chacune des protéines séparément », ajoute Albert Le Floch, et d'ouvrir de nouvelles perspectives de recherche. » Par exemple, sur les mécanismes de dissolution des bêta-amyloïdes. Les araignées, elles, y parviennent, puisqu'elles sont capables d'avaler leur fil avant d'en créer un nouveau. Moins connues que sa résistance, ces propriétés, celle de torsion notamment, sauvent la vie des araignées ! « Lorsqu'elle descend le long de son fil, par exemple, l'araignée doit éviter de tourner dans tous les sens, pour rester face à ses éventuels adversaires », explique Olivier Émile. La vie d'une araignée ne tient qu'à un fil...

 

CÉLINE DUGUEY

(1)Travaux de O. Émile, A. Le Floch, F. Vollrath publiés dans Nature vol 440, 30 mars 2006, et Physical Review Letters, 20 avril 2007 (lire Sciences Ouest n°232 mai 2006).

(2)Lee E Harvard, conférence devant la société ophtalmologique américaine en 2006.

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Article publié en septembre 2008
dans Sciences Ouest n°257

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Nuit des Chercheurs 2008 - Espace des Sciences (Rennes) :

Les araignées attirent la foule  link

NuitChercheurs

22 h 30  - Les araignées attirent la foule.  Comment mieux repérer la maladie d'Alzheimer grâce au fil d'araignée ? Dans la salle d'animation de l'expo « Au fil des araignée » , pleine à craquer d'un public curieux, les physiciens Albert Le Floch et Olivier Emile, chercheurs à l'Université de Rennes 1, ont montré les savoir-faire de l'araignée, et les étonnantes propriétés de son fil. Une conférence pointue mais passionnante.

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- France-Culture : araignées du soir (Anita Castiel) lin 

- Radio Suisse Romande

  Impatience consacre une émission entière aux araignées. Frissons garantis! link

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- Ouest-France 

jeudi 10 mai 2007 

Le fil d'araignée livre un peu de son mystère

Une équipe rennaise a découvert l'une de ses propriétés et rêve que ce fil aide à élucider l'une des grandes énigmes du vivant.

RENNES. - C'est une matière incomparable. « Dans les centres de recherche sur la fusion nucléaire, on élève des araignées. Leur fil sert à suspendre les billes de deutérium (1). Aucun autre fil ne résiste, sous vide, à des températures proches du zéro absolu, à - 273o C », s'enthousiasme Olivier Émile, responsable du laboratoire de physique des lasers à l'université Rennes 1.

Avec son confrère Albert Le Floch et le Britannique Fritz Vollrath, zoologiste spécialiste du fil d'araignée (université d'Oxford), il a mis en évidence une des nombreuses propriétés étonnantes de cette matière. « Quand on tord ce fil, il ne revient pas à sa position d'équilibre de façon régulière. Il y a trois temps différents, comme s'il était constitué de trois cordes emboîtées. » Ces résultats, parus dans la prestigieuse revue Nature, vont également être publiés dans la revue américaine Physical Review Letters.

C'est un résultat inattendu qui a poussé Olivier Émile et Albert Le Floch, tous deux spécialistes des lasers, à s'intéresser à l'araignée. L'expérience consistait à faire bouger un petit objet (suspendu à un fil d'araignée) grâce à la lumière d'un laser. L'objet a bougé, mais il est revenu en place d'une manière étrange, en trois temps, très séparés. Ce qui a poussé les chercheurs curieux à sortir de leur domaine de prédilection.

Mieux comprendre la maladie d'Alzheimer

L'équipe rennaise souhaite maintenant se consacrer à une autre grande originalité de ce fil, qui pourrait aider à comprendre les maladies à prions ou la maladie d'Alzheimer. « Le fil d'araignée est essentiellement constitué de deux protéines. L'une est repliée sous la forme d'un chapelet en tire-bouchon (dit alpha hélice), l'autre sous la forme de marches d'escaliers (dit feuillet bêta). Les feuillets bêta sont insolubles et non dégradables. »

Ces protéines « mal repliées » existent aussi chez l'homme. Ne pouvant être détruites par l'organisme, elles seraient à l'origine de nombreuses maladies neurodégénératives. Comment l'araignée maîtrise-t-elle la fabrication de ces protéines a priori toxiques pour l'organisme ? Pourquoi et comment ces protéines se replient-elles sous cette forme ? C'est l'une des grandes énigmes actuelles de la biologie.

Pour tenter de comprendre le mécanisme, les Rennais veulent s'associer avec des biologistes. En attendant, ils souhaitent étudier du fil d'araignée « artificiel », produit par génie génétique. Apparemment, il n'a pas toutes les vertus de l'original.

Philippe RICHARD.

(1) Deutérium : isotope lourd de l'hydrogène.

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- Libération   link

Sciences 05/04/2006 à 20h50

 

  Le fil d'araignée n'est pas retors

Pourquoi une araignée suspendue reste-t-elle stable sans tourner sur elle-même ? C'est un peu par hasard, en utilisant des fils d'araignée pour leurs capacités à résister aux torsions, qu'une équipe de physiciens du CNRS à l'université de Rennes s'est brusquement posé la question (1). «Nous avons comparé les réponses dynamiques, suite à une rotation de 90°, de différents fils reliés à une masse du poids d'une araignée», explique Olivier Emile, un des membres de l'équipe. «Et les résultats nous ont beaucoup étonnés : le filament de Kevlar (fibre synthétique) est élastique, et ses oscillations s'atténuent dans le temps ; le fil de cuivre revient difficilement à sa forme initiale, et au prix d'un accroissement de sa fragilité ; le fil de l'araignée, lui, non seulement "absorbe" les mouvements et garde ses propriétés de torsion, mais il revient complètement à sa position originelle, c'est un matériau "à automémoire de forme."» Pour produire un matériau ayant les mêmes propriétés, une des solutions serait de synthétiser des polymères reproduisant l'enchevêtrement des protéines d'un fil d'araignée. Si ceci est réalisable, alors des applications chirurgicales seront envisagées car le fil d'araignée est biocompatible et pourrait, par exemple, servir à recoudre des tendons arrachés. «Une araignée d'un gramme étant capable de se suspendre à un fil de deux micromètres de diamètre, cela signifie, si l'on fait le ratio, qu'une personne adulte pourrait se suspendre ­ en restant stable ­ à un fil de deux à trois millimètres de diamètre. Ce fil synthétique serait donc extrêmement résistant», souligne Olivier Emile. Encore faut-il que les patients le tolèrent psychologiquement et ne se retrouvent pas avec une araignée au plafond.

 

(1) Nature, 30 mars 2006, étude réalisée par Albert Le Floch, Olivier Emile et Friz Vollrath.

 

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- Sciences et Avenir  link

L’araignée n’a jamais la tête qui tourne

Quiconque a observé une araignée descendre au bout de son fil aura remarqué que l’animal reste stable, sans vriller et nullement soumis aux oscillations qui agitent n’importe quel alpiniste au bout de sa corde de rappel. A cela, une explication apportée, dans Nature du 30 mars, par deux physiciens français, Olivier Emile et Albert Le Floch (université de Rennes) et un zoologiste britannique Fritz Wollrath (université d’Oxford) : le fil de soie de l’araignée a des propriétés de torsion qu’aucun autre matériau ne peut égaler.
Les chercheurs l’ont comparé à un fil en Kevlar, en cuivre ou en nickel-titane à mémoire de forme, le Nitinol. Ils ont accroché un petit poids au bout de chacun de ces fils et leur ont imprimé une légère torsion. Résistant, le fil de Kevlar oscille légèrement. Le fil de cuivre, lui, s’il oscille faiblement, ne parvient pas à revenir à sa position initiale et se retrouve fragilisé après quelques tours. Quant au fil de Nitinol, il oscille peu, mais doit être chauffé à 90 °C pour retrouver sa forme initiale. Bien plus performante, la soie de l’arachnide revient lentement, à température ambiante, à sa position de départ en absorbant les oscillations. En plus d’être résistant et ductile, le fil de l’araignée a donc une autre corde à son arc : une « auto-mémoire de forme » tout à fait exceptionnelle, sans doute due, selon Olivier Emile, à « sa structure interne, formée d’un enchaînement d’acides aminés (glycine et alanine) ».

Futura-Sciences  link

Le secret des propriétés exceptionnelles du fil d'araignée

Les propriétés exceptionnelles du fil d'araignée en font une sorte de pain béni pour la recherche sur les polymères. Cependant, ses étonnantes capacités de torsion demeurent méconnues. Comment expliquer le fait qu'une araignée suspendue à un fil reste parfaitement immobile, au lieu de tourner sur elle-même comme un alpiniste au bout d'une corde ? Des chercheurs du laboratoire de physique des lasers (CNRS – Université de Rennes) détaillent les exceptionnelles propriétés de ce matériau qui n'a pas fini de nous surprendre.

 

Arrimez un objet au bout d'un fil vertical. Imprimez-lui une légère torsion et lâchez-le. Vous constaterez qu'il tourne sur lui-même, plus ou moins longtemps et avec une plus ou moins grande amplitude selon la nature du fil. Observez maintenant une araignée suspendue. Elle est stable, fixe, tisse son fil selon une parfaite ligne droite, et retrouve son équilibre quelles que soient les perturbations ambiantes.

A l'aide d'un pendule de torsion auquel est fixé un fil relié à une masse de poids équivalent à celui d'une araignée, des chercheurs du laboratoire de physique des lasers ont comparé les réponses dynamiques de différents types de fils à une rotation de 90°. Les résultats sont édifiants : un filament de Kevlar™ (donc synthétique) se comporte de manière élastique, avec des oscillations atténuées. Un fil de cuivre présente de faibles oscillations mais revient difficilement à sa forme initiale, et au prix d'un accroissement de sa fragilité. Le fil de l'araignée, lui, possède un haut coefficient d'absorption des oscillations, indépendant de la résistance de l'air, et garde ses propriétés de torsion au fur et à mesure des répétitions. Encore plus surprenant : il revient complètement à sa position originelle. Certains alliages, tels le Nitinol, possèdent des propriétés similaires, mais il faut que ce dernier soit chauffé à 90°C pour retrouver sa forme.

On connaissait depuis de nombreuses années les caractéristiques étonnantes du fil d'araignée : sa ductilité, sa force et sa dureté dépassent en effet celles des fibres synthétiques les plus élaborées. Il semblerait maintenant que la sélection naturelle, face aux torsions et aux oscillations répétées qu'il subit, ait permis son évolution en un matériau dit "à auto-mémoire de forme", c'est-à-dire ne nécessitant aucun stimulus extérieur pour retrouver sa configuration initiale. Cette dynamique complexe a été récemment décrite par un modèle "emboîté" que les auteurs proposent pour décrire la relaxation des différentes protéines du fil d'araignée.

L'araignée est capable d'éviter les mouvements incontrolés de son fil, qui pourraient potentiellement attirer les prédateurs.© Anthony Carré - CNRS 2006pt-loupe.gif
L'araignée est capable d'éviter les mouvements incontrolés de son fil, qui pourraient potentiellement attirer les prédateurs.
© Anthony Carré - CNRS 2006

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Brief Communications link

Nature 440, 621 (30 March 2006) | doi:10.1038/440621a; Received 17 October 2005; ; Accepted 20 February 2006

 

Biopolymers: Shape memory in spider draglines

Olivier Emile1, Albert Le Floch1 and Fritz Vollrath2

 

The ductility and strength of spider draglines means that they outperform the best synthetic fibres1,2,3,4,5, but surprisingly little is known about the torsional properties of this remarkable filament. Unlike a mountain climber swinging from a rope, a spider suspended from its silk thread hardly ever twists. Here we show that a spider dragline has a torsional shape 'memory' in that it can reversibly and totally recover its initial form without any external stimulus; its observed relaxation dynamics indicate that these biological molecules have successively different torsional constants.

  1. Laboratoire de Physique des Lasers, UMR CNRS 6627, Université de Rennes 1, 35042 Rennes, France
  2. Department of Zoology, South Parks Road, Oxford OX1 3PS, UK

Received 17 October 2005 | Accepted 20 February 2006 |

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Le coup de fil électrique meurtrier de l'araignée link

LE MONDE SCIENCE ET TECHNO | 15.07.2013 à 15h12 | Viviane Thivent

 

Ciel azur, cigales, pinède. En cette belle journée d'été, même l'air semble s'être assoupi. Seule une petite abeille travaille encore. Concentrée, elle zigzague dans la végétation quand soudain, paf, une toile d'araignée se jette sur elle et l'immobilise. La scène paraît saugrenue et, pourtant, elle donne une idée à peine exagérée de la réalité. Dans un article paru dans Scientific Reports le 4 juillet, deux chercheurs de l'université de Californie, à Berkeley, viennent en effet de découvrir que, dans certaines conditions, les toiles d'araignée se déforment pour aller chercher elles-mêmes les proies passant à proximité.
 

Pour arriver à ce résultat, les scientifiques ont sillonné le campus de l'université de Californie pour débusquer la toile d'une araignée très commune - l'épeire diadème - et la transférer sur un cadre en bois. Au passage, ils en ont profité pour attraper quelques abeilles, mouches vertes et pucerons. De retour au laboratoire, ils ont posé le cadre en bois à la verticale, au milieu d'un étrange dispositif bidouillé avec du grillage, un seau, un enchevêtrement de fils électriques et... un voltmètre.

Car une bonne partie de l'expérience repose sur le postulat qu'il y a de l'électricité dans l'air. "Dans la nature, quand le ciel est clair et que le vent est faible, l'air se charge positivement, tandis que le sol ou la végétation restent neutres ou se chargent négativement, explique Victor Manuel Ortega-Jimenez, premier auteur de l'article. Or, en volant, les insectes frottent leurs ailes contre les particules de l'air chargées positivement et acquièrent une charge positive." Des résultats expérimentaux indiquent ainsi que 90 % des abeilles ont une charge positive de 250 picocoulombs, ce qui est très faible, mais suffisant pour détacher le pollen des fleurs.

CAGE DE FARADAY

Mais revenons à l'expérience. Avec le grillage, les chercheurs ont construit une cage de Faraday permettant d'isoler la toile des sources électrostatiques extérieures. Avec un générateur de Van de Graaff, ils ont chargé positivement des insectes fraîchement tués avant de les laisser choir le long de la toile d'araignée et de filmer la scène. Ils ont répété le test avec des insectes non chargés et des gouttes d'eau, chargées ou non. Ils ont ainsi observé que, lorsque les insectes ou les gouttes chargées passent assez près de la toile, les fils se déplacent dans leur direction de 2 millimètres au maximum. En revanche, s'ils passent trop loin, à une distance supérieure à deux fois leur taille, aucune déformation n'est observée. Idem lorsque les proies ou les gouttes ne sont pas chargées. Dans certains cas, l'électricité statique permettrait donc d'accroître la probabilité de capture des proies par une toile d'araignée.

"Cette étude est très astucieuse et difficile à mettre en place, car les voltages impliqués sont très faibles", explique Albert Le Floch, un ancien professeur de physique à l'université de Rennes qui continue de travailler sur les fils d'araignée et qui, après avoir lu l'article des chercheurs, s'est rendu dans son jardin pour aller titiller de la toile d'araignée avec un stylo frotté avec de la laine. "Et en effet, on observe une déformation quand on approche un objet chargé. C'est vraiment étonnant." D'autant que cela va à l'encontre de l'effet "anti-trampoline", bien documenté, qui em

pêche les proies fraîchement capturées de rebondir sur la toile d'araignée. "Ici, on voit qu'à l'inverse les fils d'araignée sont capables de se déformer très rapidement." Ce phénomène faciliterait aussi la capture du pollen ou des spores de champignons consommés par les araignées juvéniles et qui, sans cet effet, auraient tendance à passer trop facilement les mailles du filet.

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Araignées de La Réunion  

(août 2010 - Les Makes / Cilaos)

 

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(Photos Guy Ropars)

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La soie d'araignée de Madagascar

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