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Les patelles inspirent une alternative écologique au Kevlar

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Les scientifiques ont recréé l'incroyable force des dents de patelle en laboratoire pour la première fois. Crédits : Université de Portsmouth

En 2015, des scientifiques ont démontré les dents de patelles avaient la plus forte résistance à la traction de tous les matériaux biologiques. En s’inspirant de ces mollusques, la même équipe a finalement produit un biomatériau composite d’une résistance extrême. Ce dernier pourrait constituer une alternative plus durable aux matériaux performants comme le Kevlar.

L’incroyable résistance des dents de patelles

L’inspiration pour de nouveaux matériaux provient largement de la nature où se trouvent des produits biologiques optimisés au niveau de l’évolution. Les biomatériaux les plus renommés sont peut-être la soie d’araignée et la résine d’insecte hautement élastique. Les patelles sont un autre exemple.

Les patelles sont des escargots aquatiques avec des coquilles en forme de chapeau qui s’accrochent aux rochers le long des rives. Ici, les animaux utilisent une langue hérissée de minuscules dents microscopiques (qui contiennent un composite dur, mais étonnamment flexible) pour gratter la surface et collecter des algues pour se nourrir.

En 2015, des chercheurs de l’Université de Portsmouth ont mené des travaux pour analyser ce matériau dentaire au niveau atomique. À leur grande surprise, ils ont découvert que les dents de patelle avaient une résistance à la traction de 3 à 6,5 gigapascals (GPa). À titre de comparaison, l’acier propose une résistance à la traction d’environ 1,65 GPa. Les dents de la patelle commune (Patella vulgata) sont ainsi considérées comme le biomatériau avec la résistance à la traction la plus élevée connue, devant la soie d’araignée qui a une résistance à la traction allant jusqu’à 2,9 GPa.

Les scientifiques pensent que le secret de la force de la dent de patelle est une structure unique contenant une combinaison de fibres flexibles et serrées d’un matériau d’échafaudage appelé chitine entrecoupées de fins cristaux d’un minéral contenant du fer appelé goethite.

Dans le cadre d’une nouvelle étude publiée dans Nature Communications, ces mêmes chercheurs ont réussi à imiter le processus de formation de dents de patelle en laboratoire dans le but de créer un nouveau biomatériau composite.

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Un groupe de patelles communes (Patella vulgata). Crédits : Tango22

Une alternative plus durable au kevlar

Concrètement, les chercheurs ont développé des méthodes qui ont permis à ces populations de cellules de se développer en dehors de leur environnement naturel sur du verre enduit de sérum où elles ont déposé de la chitine et de l’oxyde de fer, tout comme dans la dent de patelle. Après deux semaines, ces cellules se seraient auto-organisées en structures qui ressemblaient à l’organe de la patelle qui fabrique de ses dents, connu sous le nom de radula.

À terme, ce nouveau biomatériau composite à résistance extrême pourrait offrir une alternative plus durable aux matériaux comme le Kevlar et le plastique. Les processus de fabrication de ces composites entièrement synthétique sont en effet souvent toxiques et coûteux à recycler. Ici, les chercheurs proposent un matériau potentiellement beaucoup plus simple à fabriquer, mais aussi plus durable. La prochaine étape sera d’optimiser le processus de formation de ce matériau dans le but de le produire à grande échelle.