LE FIL D'ARAIGNEE

 

 

Les atouts du fil d’araignée

 

 

 

 

 

 

Depuis le début nous parlons des atouts incroyables du fil d’araignée qui en font un matériau unique.

 

Mais quels sont ces atouts ?

 

 

I) La résistance à la rupture

 

 

Le fil de toile d’araignée est un des matériaux possédant une résistance à la rupture en traction la plus élevée connue jusqu'à présent. Elle est d'environ 1000 Méga-Pascals, située quelque part entre l’acier (500 MPa) et le kevlar (3000 MPa).

 

L’exceptionnelle résistance à la rupture en traction des fils d’araignées est donc la première raison qui explique la solidité des toiles, mais ça n’est pas la seule ! Et pour comprendre cela, il faut s’intéresser à la manière dont le fil d’araignée se déforme avant de rompre.

 

II) L'élasticité

 

Commençons par nous intéresser au comportement mécanique des matériaux en général ce qui nous permettra de montrer que l'élasticité du fil d'araignée est un grand atout pour sa solidité.

 

L'élasticité se caractérise grâce à une courbe de déformation en %. Pour la créer, on regarde quelle force on doit appliquer pour obtenir différents niveaux de déformation. On obtient donc une courbe force/déformation, comme le schéma en dessous

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tous les matériaux ont un comportement mécanique propre, et cela se traduit par des courbes force/déformation différentes.

 

Nous allons maintenant voir la courbe pour le fil d'araignée. et la comparer avec les courbes des matériaux classiques

 

                         fil d'araignée

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On remarque donc que le fil d'araignée associe des comportements élastiques et plastiques.

Ce qu’il y a de très intéressant, c’est la manière dont ce comportement mécanique unique est directement lié à la structure microscopique du fil.

Au début, les chaînes de protéines qui le composent s’étirent légèrement mais peuvent reprendre leur forme : c’est le comportement élastique. Puis si on tire à nouveau et plus fort, les protéines se déplient de manière irréversible, c’est le régime plastique. Enfin quand les protéines deviennent complètement dépliées, elles sont comme un fil très rigide qui ne se déforme plus, et finit par casser.

Ce comportement est semblable à celui d'un ressort en métal. Au début il est élastique, si on tire dessus il reprend sa forme,  si on tire fort il se déforme et se déplie de manière irréversible (comme le fil d'araignée). Enfin quand tout est déplié, on n'obtient plus qu’un fil métallique qui, lui, est très rigide. 

 

Une étude a été réalisée pour comparer les trois types de fils et donc pour prouver la solidité du fil d'aragnée  

 

Tout d’abord les auteurs de cette étude ont simulé la solidité de toiles réalisées avec ces fils quand on les soumet à une charge globale, comme un vent uniforme.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Et là, les 3 cas se valent, et les toiles cassent à des vitesses de vent d’environ 60 m/s.

 

Mais si on soumet la toile à une charge localisée, comme un insecte ou une branche, la toile en fil d’araignée subit en moyenne 6 fois moins de dommages qu’une toile avec un fil élastique ou élastique-plastique.

Les auteurs ont notamment montré que le comportement du fil d’araignée permettait une meilleure répartition de la déformation sur la toile, jusqu’à un point où le rayon qui porte la charge entre dans le régime où il se raidit, puis casse : tout se passe comme si ce rayon se sacrifiait pour soulager les autres. Alors qu’avec un comportement élastique ou élastique-plastique, tous les rayons de la toile se cassent de la même manière.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On voit donc que la solidité globale des toiles d’araignées est due à la fois à leur géométrie, à la propriété du fil, mais aussi à la manière dont les deux se combinent. 

 

Conclusion

 

La solidité du fil d'araignée n'est pas un atout en lui même mais une conséquence de tous les atouts du fil.

Ainsi, la solidité est due à une résistance à la rupture (ce qui parait logique) mais surtout à une élasticité spéciale et à une composition spéciale du fil d'araignée comme nous l'avons vu dans la rubrique "COMPOSITION"

On peut donc dire que c'est l'association d'une composition chimique remarquable et d'un comportement mécanique unique qui font du fil d'araignée un des matériaux les plus solides du monde.