Soie d'araignée

Une araignée peut produire jusqu'à 8 types différents de soie : soie sèche servant de fil de cheminement (fil de sécurité qu'elle laisse derrière elle), de fil de cadre ou de rayons entrant dans la confection de la toile régulière, soie gluante constituant la spirale destinée à capturer les proies, soie cribellée (en) qui adhère aux proies comme du « velcro »[3], soie parcheminée et soie cotonneuse entrant dans la confection des cocons[4].

Les fibres de soie sont formées de fibroïnes (protéines filamenteuses, appelées aussi spidroïnes[5], composées de copolymères à blocs hydrophiles et hydrophobes) constituées à 25-30 % d'alanine et à 40 % de glycine.

La soie d'araignée est un polymère dont la configuration moléculaire peut varier et rapidement s'adapter à la température et à l'humidité, ce qui intéresse les chercheurs en biomimétique ou en robotique[6].

La soie d'araignée est notamment capable de « Supercontraction » (de 10 à 140 MPa de tension) quand elle s'humidifie (en plusieurs minutes quand l'hygrométrie dépasse 70 %), et plus rapidement quand elle est subitement mouillée[6]. C'est ainsi que les toiles peuvent résister à la pluie, et au poids de la rosée voire accumuler plusieurs grammes d'eau sous forme de gouttes, à partir de la bruine par exemple.
La thermostabilité varie aussi selon le degré de supercontraction[6].

Ses propriétés de solidité (certains disent que la fibre est aussi solide que l'acier tandis que d'autres disent qu'elle est 5 fois plus résistante mais six fois plus légère, fibre 4 fois plus solide que les meilleures fibres synthétiques) et d'extensibilité (étirable 30 à 40 % de sa longueur initiale, jusqu'à 200 % pour certaines araignées) lui confèrent une énergie à la rupture six fois supérieure à celle du Kevlar[7].

Une fibre constituée de soie d'araignée peut théoriquement, avec les propriétés précédemment citées, arrêter un Boeing 747 volant à 200 miles/h, soit environ 320 km/h, mais cela requerrait une fibre d'un centimètre de diamètre et d'une longueur initiale de 30 kilomètres. Pour arrêter l'avion, l'extension d'une telle fibre devrait atteindre 9 kilomètres[8].

Structure de la fibre de soie d'araignée : les feuillets β sont reliées par des chaînes amorphes.

Les fibres ont deux composantes principales[9] :

• 63 % d'une composante cristalline (les feuillets β riches en alanine qui se lient via des liaisons hydrogène) de cristaux de 2 à 5 nanomètres de côté (spidroïnes de 6 à 10 acides aminés à blocs hydrophobes) responsable de la solidité de la fibre (comparable à celle de l'acier) ;
• 22 % d'une composante amorphe (en particulier d'hélices alpha surtout constituées de glycine), molle (spidroïnes à blocs hydrophiles) responsable de l'élasticité de la soie (sa taille peut s'accroître jusqu’à 35 % pour un fil de structure de la Nephila clavipes) ;
• 15 % de matières grasses et d'eau.

Il existe en très faible proportion des régions semi-cristallines qui lient les feuillets plats aux régions amorphes.

Ces structures et propriétés ont été notamment révélées grâce à des simulations informatiques[10].

Conscient que la sériciculture dans sa région demeurait fragile en raison des maladies du ver à soie, le Montpelliérain Bon de Saint Hilaire a l'idée en 1709 de développer l'exploitation de la soie d'araignée[11].

En 1710, René-Antoine Ferchault de Réaumur écrit un mémoire intitulé Examen de la soie des Araignées dans lequel il montre que la soie d'araignée est plus onéreuse à produire que le ver à soie tout en étant moins belle[12]. Il détermine qu'il faut 55 296 araignées pour que leurs glandes séricigènes produisent 500 grammes de soie, alors que 2 500 vers à soie suffisent et conclut que l'exploitation de la soie d'araignées est non rentable[11].

Dans les années 1880, le missionnaire jésuite Paul Camboué s'appuie sur les études de Vinson sur la Néphile dorée (araignée géante pouvant produire jusqu'à 4 km de soie dorée par mois) pour créer à Madagascar une machine permettant de récolter de grandes quantités de fil produits par cette araignée. Ses essais sont repris par une école d'aranéiculture fondée à Tananarive en 1896, laquelle exploite des néphiles, grandes araignées à toile géométrique mais la production s'arrête au début du XX^e siècle car l'aranéiculture est moins rentable que la sériciculture (contraintes de l'élevage nécessitant de grands espaces ou des cages individuelles pour éviter le cannibalisme, et de nombreuses proies vivantes)[13]. De plus, l'exploitation industrielle de ces araignées a eu pour conséquence la prolifération de moustiques, notamment ceux porteurs du paludisme, l'île voyant une recrudescence de cette maladie au début du XX^e siècle[14].

Des recherches sur la synthèse artificielle de soie d'araignée (applications : fils biodégradables en chirurgie, textile balistique, la soie étant plus résistante et élastique que le Kevlar dont on fait les gilets pare-balles[15]) sont en cours : la structure des fibroïnes est reproduite mais le filage en fibres pose des difficultés et le coût d'obtention de ce matériau reste prohibitif[16].

Aujourd’hui encore, certains peuples récoltent et utilisent la soie d’araignée de manière artisanale, comme les Papous en Nouvelle-Guinée qui confectionnent les filets de pêche avec ce matériau[17].

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  Gouttes de pluie piégées dans une toile d'araignée
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  L'humidité tend la toile et le réseau de fil qui se déforment à peine, malgré le poids de l'eau
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  Une cape de Madagascar faite de soie d'araignée Nephila exposée au Victoria and Albert Museum de Londres en juin 2012[18].