• > Des toitures copiées sur les toiles d'araignées

    Les remarquables caractéristiques des toiles d'araignées 

    Les araignées et leur toile sont parfois considérées avec crainte ou dégoût.

    Pourtant les scientifiques n'ont bien évidemment pas cette vision des choses et connaissent les particularités impressionnantes des fils produits par ces arachnides.

    En effet, ces toiles confectionnées pour capturer les proies, possèdent des atouts de solidité, et d'élasticité remarquables :

                > Elles sont très légères (une toile qui ferait le le tour de la Terre ne pèserait que 320 grammes).

               > Elles présentent une très grande capacité d’absorption des chocs.

               > Elles peuvent s’allonger de 40 % avant de se rompre.

               > Pour rompre une toile d’araignée il faut dix fois plus d'énergie que tout autre matériau biologique similaire.

    Pour mieux illustrer ces propriétés, le tableau ci-dessous établit la comparaison entre la soie d’araignée, le kevlar (résine très solide utilisée sous forme de fibres dans certains matériaux composites comme par exemple le gilet pare-balles) et l’acier :

     

    Résistance(g/d)

    Module d'élasticité(g/d)

    Énergie de rupture

    (x103 (j/kg)(joules par kilogramme)

    Élongation (%)

    Fil d'araignée

    21

    500

    120

    5,35

    Kelvar

    22

    850

    30

    2,4

    Acier

    4

    290

    2

    1,4

      Néphila clavipes

    La résistance et l'énergie de rupture est calculée en fonction de la quantité d’énergie qu’une fibre peut absorber avant de se rompre et en fonction de la solidité et de l’élongation

    L’élongation et l'élasticité correspond au pourcentage d’élongation d’une fibre par rapport à sa longueur initiale.

     => la toile d'araignée est donc plus résistante que les fibres synthétiques connues.

     Il y a divers types de soies. En effet chaque groupe d'araignées produits différents types de fibres.

    De toutes les araignées, la Néphila clavipes produit la matière la plus résistante.

    Les chercheurs se sont donc centrés sur cette espèce pour réutiliser ses caractéristiques.

      

    QUELS SONT LES ELEMENTS QUI RENDENT LA SOIE D'ARAIGNEE SI SOLIDE?

        

    Les scientifiques ont découvert ce qui rendait le fil de soie d’araignée très solide et très souple : > Des toitures copiées sur les toiles d'araignées ce sont deux protéines, premièrement la fibroine à 63,5% et deuxièmement de séricine à 22,5%.

    Le reste de la soie est composé tout simplement de matières grasses, de minéraux et d'eau.

    La séricine de formule brute C12 H25 N5 O8,est composée de sérine, d'acide aspartique et de glycine. La séricine donne la coloration de la soie. Elle enveloppe et soude les filaments de fibroïne constituant le fil. Elle se trouve donc à l’extérieure du brin pour donner au fil son               coupe de fil d'araignée imperméabilité. En faite la séricine est ce que l'on voit.

    > Des toitures copiées sur les toiles d'araignées

    La solidité de  la soie d'araignée repose donc sur la fibroïne entourée de séricine.La fibroïne est une molécule complexe composée de glycine et d'alanine,mais aussi de deux protéines : la spidorine 1 et la spidroine 2, ces protéines se différencient principalement par leurs contenances en prolyne de formule brute C5 H9 NO2 et en tyrosine de formule brute C9 H11 NO3.

     

    L'alanine et la glycine sont majoritairement responsable de la solidité de la fibroïne

     

     

    Les avantages de la structure d'une toile d'araignée

    > Des toitures copiées sur les toiles d'araignées

     

     Si la toile d'araignée est aussi résistante, ce n'est pas seulement du aux qualités du fil  de soie d'araignée mais également sa structure intelligente.

     Pour la construction de la toile, l'araignée dépense beaucoup d'énergie. Il arrive fréquemment qu'un projectile, une proie ou autre chose, viennent se faire prendre au piège de la toile et des fils collants.


     Quand il y a un impact sur la toile, celle-ci est détruite mais seulement partiellement et l'araignée aura assez d'énergie pour la reconstruire Cela lui permet de réparer sa toile plutôt que de l'assembler à nouveau. 

     

     

    Application à l'architecture


    "Nous construisons trop. Nous gaspillons l'espace, la terre, la matière, l'énergie. Nous continuons à construire des bâtiments non naturels comme aux temps passées. Notre époque demande plus de légèreté, d'économies d'énergie, de mobilité, d'adaptabilité, en un mot des constructions plus naturelles, sans négliger les besoins de protection et de sécurité." (Frei Otto, architecte et pionnier dans l'utilisation des membranes modernes)

     

    La structure d'une toile d'araignée est optimisée pour couvrir la plus grande aire avec le moins de matière possible.

    Certains bâtiments s'inspirent grandement de cette structure ou présentent des similarités frappantes.

    Les architectes utilisent des câbles d'aciers à la place des fils d'araignées et réalisent des toits dont l'ossature légère est recouverte d'une fine membrane posée.> Des toitures copiées sur les toiles d'araignées (voir photo ci-contre, stade de la plata, Argentine ).

    Grâce à ce système, les bâtiments dits à membrane moderne, ont des toits qui présentent de nombreux avantages, tout d'abord la légèreté.

     > Des toitures copiées sur les toiles d'araignées

    En effet la structure porteuse constituée de câbles d'acier (voir photo ci-contre, construction de la toiture du stade de la plata) est bien plus légère qu'une charpente traditionnelle.

     La structure et la membrane étant très légères, l'ensemble n'est pas soumise à de grandes forces et jouit ainsi d'une grande solidité. La sécurité est également un point important. A l'inverse d'un toit classique qui, lorsqu'il s'écroule créé de gros dégâts, un toit en membrane moderne est moins destructeur s'il est arraché ou s'il s'écroule, du fait de sa légèreté. De plus, si une partie du toiture est détruite,comme pour une toile d'araignée, les autres zones du toit ne sont pas fragilisées et il n'est pas nécessaire d'en rebâtir la totalité.

     

    Enfin le dernier avantage, c'est la rapidité de montage, un toit classique est beaucoup plus long à construire qu'un toit en membrane moderne supporté par une structure métallique faite de câbles à l'image d'une toile d'araignée.

    La structure en câbles d'acier peut etre remplacée par des poutres en aciers et la membrane par des carreaux de verres comme au centre commercial de Fiera Milano à Milan, en Italie.

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    La toiture vitrée originale du centre commerciale fiera milano, vue de l'intérieur (photo 1) et de l'extérieur (photo 2)

     ... Ou encore par un treillage en bois pour le magnifique centre Pompidou de Metz.

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              Image 3D du centre Pompidou de Metz                                                           Squelette de l'armature soutenant la membrane souple