Curious Kids : pourquoi la soie d'araignée est-elle si facile à briser alors qu'elle est censée être plus résistante que l'acier ?

Professeur de communication scientifique et de chimie, Université de Hull

Mark Lorch ne travaille pas, ne consulte pas, ne détient pas d'actions ni ne reçoit de financement d'une entreprise ou d'une organisation qui bénéficierait de cet article, et n'a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.

L'Université de Hull fournit un financement en tant que membre de The Conversation UK.

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Curious Kids est une série de The Conversation, qui donne aux enfants de tous âges la possibilité de demander aux experts de répondre à leurs questions sur le monde. Toutes les questions sont les bienvenues : vous ou un adulte pouvez les envoyer – accompagnées de votre nom, âge et ville ou ville où vous habitez – à [email protected]. Nous ne pourrons pas répondre à toutes les questions, mais nous ferons de notre mieux.

Comment la soie d'araignée est-elle si facile à briser alors qu'elle est plus résistante que l'acier ? - George, dix ans, Hethersett, Royaume-Uni.

Merci pour la question, George – la réponse simple est que la soie d'araignée se brise facilement parce qu'elle est vraiment, vraiment, très fine. Un fil dans la toile d'une araignée de jardin ne mesure que 0,003 millimètre de diamètre, soit plus de 20 fois plus fin qu'un cheveu de votre tête.

Mais il nous reste encore quelques points à démêler, pour voir à quel point la soie d’araignée est résistante par rapport à l’acier.

L'acier est un matériau appelé alliage, ce qui signifie qu'il s'agit d'un mélange de métaux. Le métal principal de l’acier est le fer. D'autres métaux sont ajoutés au fer, en fonction de ce que vous voulez que l'acier fasse.

Par exemple, les couteaux et les fourchettes sont fabriqués en acier inoxydable qui ne rouille pas. Pour réaliser cela, vous mélangeriez du fer et du chrome.

Mais peut-être voulez-vous un acier vraiment résistant pour pouvoir fabriquer des bâtiments et des grues. Ensuite, vous devrez mélanger le fer avec une charge de différents métaux, dont le titane et le vanadium.

Mais il existe des aciers encore plus résistants. Votre vélo peut être construit avec ce qu'on appelle l'acier maraging et il est composé de fer, de nickel, de cobalt, de molybdène, de titane et d'aluminium.

La soie est un matériau très différent de l’acier. Il s’agit en fait de protéines – la même substance à partir de laquelle sont fabriqués vos cheveux et vos ongles.

Nous utilisons l’acier pour différents travaux et les araignées utilisent également la soie pour toutes sortes de choses. Et tout comme notre acier, les araignées ont besoin de soies différentes pour effectuer différents travaux.

Regardons l'araignée de jardin européenne commune : cette charmante créature tisse de belles toiles rondes en utilisant deux types de soie.

Les rayons de la toile sont en soie dragline. Il est solide et légèrement extensible, ce qui signifie qu'il convient parfaitement à la création des principaux supports du Web.

Le reste de la toile est fait de soie de drapeau, qui est moins résistante mais très élastique, elle est donc très efficace pour absorber le choc lorsqu'une grosse mouche s'écrase sur la toile.

Mais le constructeur champion du monde des araignées est l’araignée d’écorce de Darwin. Il produit d’énormes toiles, de la taille d’une table de cuisine.

Ceux-ci sont parfois suspendus aux arbres avec des fils de soie qui traversent les rivières. Pour s’assurer que ces toiles restent en place, l’araignée utilise des fils de soie très résistants.

Maintenant, j'ai fait quelques calculs, basés sur ce que les scientifiques savent de la résistance de ces différents matériaux, pour comparer les aciers avec les soies d'araignées et voir à quel point ils sont résistants.

Imaginez que nous ayons un fil de chaque matériau, d'une épaisseur d'environ un millimètre, soit à peu près la largeur d'une tête d'épingle. Qui pourrait s’y pendre avant qu’ils ne se brisent ?

Le plus faible est la soie de la ligne du drapeau : une fillette de dix ans pourrait probablement se balancer avec un fil de celui-ci, mais rien de beaucoup plus lourd.

Vient ensuite l’acier à haute résistance qui serait à peu près acceptable si un chimpanzé y était suspendu.

La soie de la dragline supporterait un petit adulte – comme Spiderman.

La soie d'araignée en écorce de Darwin est la suivante, elle se briserait si quelque chose de beaucoup plus gros qu'un panda tentait de l'escalader.

Et enfin, un gorille serait bien suspendu à un fil d'acier maraging d'un millimètre d'épaisseur.