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Les dents des patelles : le futur matériau pour les avions et les voitures ?

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La nacre des mollusques, d'une grande dureté, fait l'objet d'études pour la synthèse de matériaux bioinspirés particulièrement résistants. Une groupe de chercheurs britanniques vient de montrer qu'il en était de même avec les dents de gastéropodes bien connus, les patelles. L'aéronautique et l'industrie automobile pourraient bénéficier de cette découverte.

Cette image en fausses couleurs montrent les dents des patelles, des gastéropodes communs se nourrissant d'algues et vivant fixés sur les rochers périodiquement découverts par les marées. Elle a été prise avec un microscope électronique. © University of Portsmouth

L'une des significations possibles du terme « bionique » renvoie à « biologie » et « technique », signifiant que l'on s'inspire de mécanismes et de structures repérées chez les êtres vivants pour créer de nouvelles techniques. Les résultats des travaux de chercheurs de l'université de Portsmouth publié dans le journal Interface relèvent précisément de ce domaine. En effet, il s'agit de tirer des enseignements de l'étude de la structure de dents de Patelles pour fabriquer de nouveaux matériaux doués de propriétés mécaniques remarquables. Comme le montrent les exemples des matériaux composites et à base de fibre de carbone, l'industrie est toujours en demande de nouveaux matériaux plus légers et mécaniquement plus résistant pour fabriquer, entre autre, des avions et des voitures.

Rappelons que les patelles sont diverses espèces de mollusques gastéropodes ayant généralement en commun une coquille de forme grossièrement conique et le fait de vivre sur les estrans rocheux sur lesquels elles se fixent de façon définitive (on parle de sessilité). Les chercheurs ont étudié à l'aide d'un microscope à force atomique la structure de leurs dents, petites formations chitineuses très dures fixées sur la radula, un organe des mollusques ressemblant à une langue. Ils ont mesuré de cette façon leur résistance à la rupture et ce matériau naturel pourrait être le plus résistant que l'on connaise.

Un groupe de patelles communes (Patella vulgata) dans le Pembrokeshire, au Pays de Galles. © Tango22, Wikipédia, CC BY-SA 3.0

Un matériau à base de goethite plus résistant que la soie... d'araignée

Comme l'explique Asa Barber, l'un des auteurs de cette découverte : « la nature est une merveilleuse source d'inspiration pour les structures qui ont d'excellentes propriétés mécaniques. Toutes les choses que nous observons autour de nous, comme les arbres, les coquilles des créatures de la mer et les dents de patelle étudiés dans ce travail, ont évolué pour être efficaces. Jusqu'à présent, nous pensions que la soie d'araignée était le matériau biologique le plus résistant avec des applications potentielles allant des gilets pare-balles à l'électronique des ordinateurs, mais maintenant nous avons découvert que les dents des patelles possèdent une résistance potentiellement plus élevée ».

Barber et ses collègues ont relié cette propriété à la présence de structures fibreuses formées de goethite, incluses dans la matrice de chitine et qui croissent de pair avec l'animal. La goethite est un minéral à base de fer connue depuis la préhistoire. Elle a été utilisée comme pigment dans les peintures de la grotte de Lascaux. Son nom rend hommage à l'écrivain romantique allemand Johann Wolfgang von Goethe, qui s'intéressait beaucoup aux sciences naturelles, comme la minéralogie.

Comme l'expliquent les chercheurs, il est possible de répliquer la structure et la taille bien particulière des fibres de goethite et de s'en inspirer pour créer des matériaux particulièrement résistants. Remarquablement, les propriétés mécaniques de dents de patelles ne semblent pas dépendre de leur taille ce qui est assez inhabituel. Le plus souvent, un bloc d'un matériau de grande taille est moins résistant à la rupture lorsqu'il est soumis à des tractions qu'un bloc de plus petite taille.

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