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| Photographies S1 / Jaffrain Chantal - "collier de perles d eau sur toile d araignée" |
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1/ Taxonométrie et Anatomie
Règne : Animalia
Embranchement : Anthropoda
Sous-embranchement : Chelicerata
Classe : Arachnida
L'araignée n’est pas un insecte, au même
titre que les scorpions, tiques et acariens.
Elle
est caractérisée par un corps divisé en deux parties (tête + thorax et abdomen)
ainsi que de 8 pattes.
La toile est produite à l’abdomen grâce à
des glandes séricigènes, chacune travaillant en paire afin de
tresser la toile.
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Chaque glande produit une toile
spécifique et travaille par paires, chaque combinaison de paires permettra à
l’araignée de définir les propriétés et fonction de la toile (structurelle,
collante, défensive, etc.).
Lors de la production et utilisation de
la toile, l’araignée va faire varier la composition chimique lors de
l’expulsion de la toile pour lui donner forme et fonction selon les propriétés
chimiques utilisé.
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2/ La Soie d'araignée
2.1 / Processus
des glandes séricigènes :
Chaque
glande produit différents types de soie. La combinaison de ces types de soie
permet la composition de
différents types de fil de soie.
Le
fil (composé essentiellement de kératine) est
produit sous
forme liquide
par les glandes. Ce liquide sera filée par les filières (en forme de tubes)
afin de lui donner forme de fil tressé. Grâce à une variation
de pression dans
les tubes l’araignée modifie l’élasticité et résistance de la
soie.
Finalement,
l’araignée solidifie
la soie lors du passage du dernier canal. Les cellules présentes dans ce canal extraient
l’eau des
protéines de la soie la déshydratant. Des atomes d’hydrogènes sont
prélevés et forment un bain d’acide qui
va durcir
la soie sortante
qui sera immédiatement utilisée.
La
synthèse du nylon en industrie utilise un procédé similaire.
https://www.youtube.com/watch?v=tMkFWP0Cvjk
1) Point de départ élevé, l’araignée
produit un fil qui flotte au vent et s’accroche à un support éloigné.
2) L’araignée parcourt ce pont en le
remplaçant par un fil plus solide. Elle mange le premier fil au fur et à mesure
puis elle repart en sens inverse en accrochant au pont un fil encore plus
solide. (2 fois plus résistant et 4 fois plus élastique qu’un fil d’acier de
même section)
3) Du milieu de ce pont elle se laisse
tomber en produisant un fil qu’elle va accrocher à un support en contrebas. Le
nœud du « Y » sera le centre de sa future toile.
4) L’araignée rejoint une des pointes du
« Y » en y tissant un fil qu’elle ne tend qu’en arrivant à
destination. Ce fil forme un bord vertical au cadre.
5) Puis le premier rayon du milieu de ce
fil vertical est relié au centre.
6) Cette manœuvre est répétée pour
l’autre branche Y, ce qui finit le cadre et le deuxième rayon.
7) L’araignée file les rayons en
repassant par le centre à chaque fois. Les directions successives des rayons
permettent d’équilibrer la toile au fur et à mesure de sa construction en
fonction du poids de l’araignée qui circule.
8) L’araignée tisse une spirale serrée
autour du centre pour consolider la toile avec un fil non collant et très
solide.
9) L’araignée construit une seconde
spirale non collante qui permet à la toile de supporter son poids. Une deuxième
spirale en sens inverse, collante, constituera le piège.
10) L’araignée attend au centre de sa
toile car les vibrations des proies capturés lui atteindront plus rapidement.
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3 / Propriétés chimique
La grande particularité des fils produits est qu’ils ne sont généralement pas de composition homogène. Une même espèce pouvant produire 8 types de fils différents au sein d’une même toile. Ce qui les distingue, ce sont leurs propriétés : plus ou moins solides, adhésifs ou élastiques selon la fonction qu’ils sont censés remplir dans toute l’architecture.
Selon une étude publié en 2010 dans le magazine
nature, les fils sont composés de protéines
constituées de longues chaînes unissant
les briques de bases d’acide aminés. (Un
acide aminé est un acide carboxylique qui possède également un groupe
fonctionnel amine –COOH)
Selon la nature des acides aminés qui
s’associent pour former de longues chaînes de protéines et selon la manière
dont s’effectue la liaison des atomes, des propriétés différentes vont
apparaître dans la structure interne de la soie.
Le fil d’araignée est constitué d’une
protéine nommée « fibroïne ».
Il s’agit d’un polymère du groupe scléroprotéine (avec le collagène et la
kératine, qui sont des protéines structurantes).
Les deux principaux acides aminés constituant la fibroïne, sont l’alanine (à 25-30 % environ) et la glycine (à 40% environ). Ces deux acides aminés ont comme point commun qu’ils sont de petite taille (sans gros groupements carbonés sur le côté). Ce qui facilitera le compactage et la cristallisation.
Les deux principaux acides aminés constituant la fibroïne, sont l’alanine (à 25-30 % environ) et la glycine (à 40% environ). Ces deux acides aminés ont comme point commun qu’ils sont de petite taille (sans gros groupements carbonés sur le côté). Ce qui facilitera le compactage et la cristallisation.
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| Glycine |
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| Alamine |
Lors de la production, il s’agit d’un
liquide dit « cristallin ». En sortie de la glande sécrétoire, le
fluide passe par des tubes très fins ; toute une série de processus
physio-chimiques opèrent :
les protéines s’allongent, s’alignent, des liaisons
hydrogène se forment, le pH chute ce qui provoque une cristallisation partielle
(solidification) . Selon les acides aminés mis en jeu, différentes structures
apparaissent
2- riches
en alanine liaisons
hydrogène (produisent des ponts entre certaines zones de protéines),
architecture en feuillets : très organisée ou structure cristalline.
3- semi-cristallines (moins
ordonnées), permettent de connecter les feuillets plats aux régions amorphes.
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4 / De la Soie aux filets
La recherche de la soie d’araignée se baserait sur l’apprentissage que peut nous offrir ces bestioles pour améliorer les filets à nuage. De l'architecture de la toile, sa composition chimique et son comportement, comment tous ces éléments travaillent ensemble afin de récupérer de l'eau.
La toile d'araignée possède son propre mécanisme vis-à-vis de l'eau, le brouillard et la rosée vont couvrir la toile avec des très fines gouttelettes, comme pour un filet à nuage, puis par phénomène de coalescence (phénomène par lequel deux substances identiques, mais dispersées, ont tendance à se réunir) les gouttes vont s'assembler et prendre du volume dans la toile grâce à sa géométrie spécifique.
Ensuite, lorsque la toile est trop chargée d'eau car les gouttelettes ont pris une plus grande proportion, l'araignée va faire volontairement vibrer sa toile pour forcer la coalescente et faire tomber les gouttes devenues trop lourdes. Ce phénomène peut être exploité dans la conception de filets à nuage améliorés, moins dépendants de la gravité dans la maille et avec une surface de fil amélioré.
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5 / Sources
Photographies S1 / Jaffrain
Chantal - "collier de perles d eau sur toile d araignée
http://www.ramealperivert.org/Resultats-du-concours-photos.html [Consulté le 22/11/2017]
http://www.ramealperivert.org/Resultats-du-concours-photos.html [Consulté le 22/11/2017]
Schéma kératine
http://bio3400.nicerweb.com [Consulté le 23/11/2017]
http://bio3400.nicerweb.com [Consulté le 23/11/2017]
TPE Araignée; L'araignée et son secret de
fabrication
http://tpe-toile-araignee.e-monsite.com/pages/l-araignee-et-son-secret-de-fabrication.html [Consulté le 20/11/2017]
http://tpe-toile-araignee.e-monsite.com/pages/l-araignee-et-son-secret-de-fabrication.html [Consulté le 20/11/2017]
Secrets cachés du fil d’araignée
http://lemondeetnous.cafe-sciences.org/2012/05/secrets-caches-du-fil-daraignee/ [Consulté le 20/11/2017]
ISIS Biologie Araignées - Un éloge des araignées et de la soie d’araignée / In Praise of Spiders and Spiders' Silk. Rapport 05/03/2012 http://www.isis.org.uk/In_Praise_of_Spider_Silk.php [Consulté le 20/11/2017]
http://lemondeetnous.cafe-sciences.org/2012/05/secrets-caches-du-fil-daraignee/ [Consulté le 20/11/2017]
ISIS Biologie Araignées - Un éloge des araignées et de la soie d’araignée / In Praise of Spiders and Spiders' Silk. Rapport 05/03/2012 http://www.isis.org.uk/In_Praise_of_Spider_Silk.php [Consulté le 20/11/2017]
LA CONDENSATION DE LA ROSEE, SOURCE
POTENTIELLE D'EAU POTABLE.
http://physique.unice.fr/sem6/2013-2014/PagesWeb/PT/Rosee/Page2.html [Consulté le 22/11/2017]
http://physique.unice.fr/sem6/2013-2014/PagesWeb/PT/Rosee/Page2.html [Consulté le 22/11/2017]
La Houille Blanche/ N°5-1993 "De la toile d'araignée... au piège à brouillard"
http://www.shf-lhb.org [Consulté le 23/11/2017]
