Les dents de patelle détrônent la soie d’araignée comme matériau naturel le plus résistant (2015)

 (smithsonianmag.com)
1 points par GN⁺ 4 시간 전 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • Des chercheurs britanniques ont testé les dents d’escargots marins de type patelle et constaté que leur résistance à la traction était en moyenne environ 5 fois supérieure à celle de la plupart des soies d’araignée, ce qui en fait le matériau naturel le plus résistant jamais mesuré
  • Les dents sont constituées d’une structure composite où une matrice protéique entoure des nanofibres de goethite, un cristal contenant du fer
  • La limite supérieure de leur résistance est nettement supérieure à celle du Kevlar et comparable à celle des fibres de carbone de la plus haute qualité, sans toutefois atteindre les matériaux artificiels les plus résistants comme le graphène
  • La patelle s’accroche aux rochers grâce à son pied musculeux et à ses sécrétions, avec une force de 75 livres par pouce carré, et se nourrit en râpant la roche avec les dents fixées sur sa radula
  • Le critère de comparaison utilisé ici est la résistance à la traction, c’est-à-dire la capacité à ne pas se rompre lorsqu’on tire dessus, et il faut la distinguer de la résistance à la compression ou de la dureté, qui mesure la résistance aux rayures ou à la coupe

Structure et résistance des dents de patelle

  • La patelle est un escargot marin qui vit solidement fixé sur des rochers battus par les vagues, en utilisant son pied musculeux de mollusque et des sécrétions chimiques pour adhérer avec une force de 75 livres par pouce carré
  • Pour se nourrir, elle râpe la roche à l’aide de sa radula, une langue garnie de nombreuses dents
  • Lors des expériences, le matériau de ces dents a montré une résistance à la traction en moyenne environ 5 fois plus élevée que celle de la plupart des soies d’araignée
    • Les chercheurs ont comparé cette résistance à celle d’un seul spaghetti capable de supporter environ 3 300 sachets de sucre d’une livre chacun
    • Il a aussi été présenté comme capable de résister à une pression suffisante pour transformer du carbone en diamant, mais une note de la rédaction précise séparément que le critère de comparaison utilisé dans l’article est bien la résistance à la traction
  • Les dents ont une structure dans laquelle une matrice protéique enveloppe des nanofibres de goethite contenant du fer
    • La borne supérieure de la plage mesurée dépasse largement celle du Kevlar et se rapproche de celle des fibres de carbone de la plus haute qualité
    • Elle reste inférieure à celle des matériaux artificiels les plus résistants, dont le graphène
  • Les résultats ont été publiés dans le Journal of the Royal Society Interface

Différentes propriétés des matériaux et usages en ingénierie

  • Si l’on compare largement les matériaux résistants sur Terre, il existe des nanomatériaux artificiels plus résistants que le diamant, et la nature compte aussi deux matériaux rares capables de supporter des contraintes supérieures à celles du diamant
    • wurtzite boron nitrate possède un arrangement atomique similaire à celui du diamant et est composé de bore et d’azote
    • lonsdaleite est composée de carbone, mais contrairement à la structure cubique du diamant, elle adopte une structure hexagonale et peut se former lors de l’impact sur Terre de météorites contenant du graphite
    • La lonsdaleite peut supporter une contrainte 58 % plus élevée que le diamant
  • Cependant, la comparaison avec wurtzite boron nitrate porte non sur la résistance à la traction mais sur la dureté, c’est-à-dire la résistance aux rayures ou à la coupe, et ne doit donc pas être interprétée comme un classement selon le même critère que celui des dents de patelle
  • Les matériaux à la fois durs, résistants et flexibles sont utiles pour développer les matériaux, structures et machines de nouvelle génération, et la structure composite des dents de patelle constitue un sujet de recherche pour de nouveaux matériaux biomimétiques

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1 commentaires

 
GN⁺ 4 시간 전
Commentaires Hacker News

  • Si vous voulez voir des photos, cet article contient de très bons visuels : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.10332
    Quand on met un doigt devant une limace, elle essaie de le grignoter, et je comprends enfin d’où vient cette sensation rêche, comme du papier de verre

    • Les escargots de jardin autour de Seattle peuvent réellement vous mordre légèrement au point de faire saigner, si on les laisse ramper sur la peau
    • C’est similaire aux papilles de kératine sur la langue des chats, mais en beaucoup plus petit
    • Si vous avez senti quelque chose de plus dur que la peau, ce n’est pas qu’il essayait de manger : il était effectivement en train de manger
    • C’était bien plus glaçant que je ne l’imaginais

  • Dire que c’est comme « un spaghetti capable de soulever 3 300 sachets d’une livre de sucre » est bien moins clair que de parler d’une voiture de tourisme de taille moyenne

    • Dans l’article original de la BBC, c’était formulé comme « un spaghetti capable de soulever 3 000 sachets de 0,5 kg de sucre »
      C’était une comparaison de 1 500 kg avec un objet familier pour le public britannique, mais Smithsonian a converti les unités et l’a remplacé par des sachets d’une livre de sucre qui sont au contraire peu parlants pour les Américains. On voit rarement des sachets d’une livre de sucre aux États-Unis, alors qu’au Royaume-Uni les paquets de 500 g, même un peu petits, restent courants
      https://www.bbc.com/news/science-environment-31500883
      https://www.sainsburys.co.uk/gol-ui/product/sainsburys-white...
    • C’est une comparaison qui suppose que tout le monde connaît intuitivement, par expérience, le poids de 3 300 sachets d’une livre de sucre et la force nécessaire pour les soulever. À l’inverse, une voiture de taille moyenne reste vague comme catégorie, et en pratique personne n’en a vu une se faire soulever
    • Les sachets de sucre posent problème, mais un spaghetti est tout aussi ambigu
      On ne sait pas s’il s’agit d’un critère de poids ou de volume, ni s’il est cuit et souple ou sec et cassant. Les spaghettis ne sont pas non plus un objet dont on connaît intuitivement la résistance à la traction par rapport à leur taille, donc il est difficile de comprendre ce que cette image est censée faire visualiser
    • Le poids varie aussi selon qu’on parle d’une berline moyenne européenne ou américaine

  • Plutôt que d’exprimer un poids avec un nombre de sachets comme « 3 300 sachets d’une livre de sucre », il vaudrait mieux parler d’une voiture moderne

    • Il faudrait aussi se demander lequel on peut soulever le plus facilement entre quelques kilos de plumes et quelques kilos d’acier : https://www.youtube.com/watch?v=-fC2oke5MFg
    • Chaque fois que je vois ce genre de comparaisons en unités exagérément imagées, j’ai l’impression de lire une plaisanterie absurde

  • J’ai découvert l’existence des dents d’escargot grâce à The Sound of a Wild Snail Eating d’Elisabeth Tova Bailey
    C’est un court et magnifique récit non romanesque sur une femme qui, à cause d’une infection rare ayant perturbé son système nerveux, a passé des années presque clouée au lit ; elle observe un escargot qu’une amie a rapporté de la forêt et posé près de son lit, puis explore en profondeur les mollusques grâce aux livres de la bibliothèque publique. Après l’avoir lu à mon enfant, nous nous sommes allongés dans un champ pour écouter directement le « tchac tchac tchac » d’une limace en train de mâcher des plantes

  • Quand on observe des escargots dans un aquarium, ils semblent presque constamment en train de grignoter quelque chose. Je me suis toujours demandé comment ces toutes petites dents pouvaient rester intactes sans repos, et la réponse tenait à la structure des dents et à leur régénération

  • J’avais envie de voir des photos de dents d’escargot

  • L’article de recherche original se trouve au lien suivant, et les liens dans le corps de l’article sont cassés
    https://royalsocietypublishing.org/rsif/article/12/105/20141...

  • Cette étude est un article de 2015, et une correction utile a été ajoutée en 2017 au sujet de la différence entre résistance à la compression et résistance à la traction

    • La dureté est aussi une propriété distincte. Le diamant est dur, mais c’est précisément cette propriété qui fait qu’un coup de marteau peut le briser