La soie des araignées serait cinq fois plus résistante que l’acier. Avec quelques ajustements génétiques, la soie produite par les vers à soie peut devenir encore plus robuste. Et désormais, une équipe affirme avoir trouvé une méthode pour obtenir des fibres de soie proches du Kevlar—sans aucun fil synthétique ajouté, littéralement.
Étonnamment, la nouvelle approche conserve la structure naturelle des fibres de soie et dépend principalement de températures et de pressions soigneusement contrôlées pour durcir la soie. Selon une étude récente publiée dans Nature Sustainability sur ces résultats, la chaleur et la pression ont fusionné les fibres de soie en un matériau dense et transparent dont la ténacité à la traction dépasse celle de l’os et se rapproche de celle des fibres Kevlar. Par rapport aux matériaux artificiels, la fibre se dégrade plus facilement, ce qui en fait un composant viable pour des technologies durables, souligne le papier.
De plus, ce « soi-disant silk fusionné » est aussi transparent dans la plage visible et présente des propriétés optiques pertinentes pour les technologies sans fil et d’imagerie de nouvelle génération, a déclaré Chunmei Li, coauteur de l’étude et ingénieur biomédical à l’Université Tufts, à Gizmodo.
Dans la lignée du récit de la soie
Historiquement, l’humanité a commencé à extraire la soie des vers à soie il y a environ 8 500 ans. Mais ces dernières années, l’organisation chimique unique des fibres de soie a suscité un « regain d’intérêt » pour la soie dans le développement de matériaux de haute technologie en ingénierie biomédicale, génération d’énergie, conservation des aliments, capteurs et plus encore, selon l’étude.
« La question initiale provenait d’un problème de longue date dans le traitement des biopolymères naturels, » a déclaré Li. La soie naturelle possède des propriétés mécaniques et fonctionnelles impressionnantes, a-t-il ajouté, mais son traitement a nécessité un processus lent et fortement chimique qui peut détruire la structure hiérarchique qui confère à la soie nombre de ses propriétés utiles.
Trouver la zone de la soie
Une amélioration clé apportée par cette nouvelle approche est qu’elle ne nécessite pas de procédés chimiques lourds; les chercheurs « alignent simplement les fibres et appliquent chaleur et pression, et elles se fusionnent en une seule étape », explique Li dans un communiqué de Tufts. Pour l’étude, Li et ses collègues ont d’abord traité des fibres de soie disponibles dans le commerce avec du carbonate de sodium afin d’éliminer le revêtement collant produit par les vers à soie.
« Le but n’était pas seulement de voir si les fibres pouvaient être fusionnées directement, mais aussi de comprendre ce qui se passait pendant le processus — comment les fibres se rejoignaient, comment la structure évoluait et pourquoi le matériau final offrait de bonnes performances », a confié Li à Gizmodo.
Le secret résidait dans la détermination d’une zone optimale pour le thermo- pressing de la soie. Si les températures et les pressions étaient trop basses, la soie devenait trop flasque. Si elles étaient trop élevées, la soie devenait trop cassante ou se dégradait complètement. L’équipe a trouvé une plage située entre 257 et 419 degrés Fahrenheit (125 à 215 degrés Celsius) et entre 1 900 et 9 800 atmosphères de pression.
Sous ces conditions, étonnamment, les fibres de soie se regroupeaient et se fusionnaient, prenant une nouvelle forme qui ressemblait d’une certaine manière à du bois dans sa structure. Les solides liaisons entre les fibres répartissent toute contrainte appliquée au matériau, aboutissant à un matériau robuste et solide qui préserve les meilleures propriétés de la soie naturelle, selon le communiqué.
La prochaine grande chose ?
L’équipe prévoit que ce nouveau matériau trouvera son utilité dans un large éventail d’applications. Les chercheurs ont également effectué des tests balistiques et confirment que le matériau est « aussi résistant à la perforation que les polymères renforcés de fibre de carbone » utilisés dans les avions et les voitures, rapporte une déclaration de l’Université du Michigan sur les résultats. Ils ont même implanté certains échantillons chez la souris et constaté que les matériaux se dégradaient lentement, ce qui suggère une utilité possible pour des implants médicaux temporaires.
À l’avenir, l’équipe souhaite que sa soie « magique » soit plus scalable et capable de soutenir des formes complexes; elle travaille actuellement sur des investigations complémentaires pour atteindre cet objectif. L’idée est de faire intervenir des partenaires industriels et commerciaux prêts à tester l’intégration de la soie fusionnée dans des capteurs et d’autres technologies, ajoutent les chercheurs.
« Les matériaux durables n’ont pas à être faibles ou de simples remplacements symboliques des plastiques », a déclaré Li à Gizmodo. « Certains matériaux naturels sont extrêmement élaborés par la nature, et la soie en fait partie. La durabilité peut venir d’un meilleur design, d’un meilleur traitement et d’une compréhension plus profonde des matériaux qui existent déjà dans la nature. »
