L’araignée, dans la toile de l’innovation


L’araignée est une chasseuse aguerrie, elle peut compter sur ses caractéristiques physiques et sa soie pour capturer ses proies ! Elle n’en demeure pas moins un mystère par de nombreux aspects et ne cesse de fasciner et d'inspirer des chercheurs du monde entier pour concevoir de nombreuses innovations biomimétiques.




L’araignée, une prédatrice aussi redoutable que redoutée


Les araignées sont des prédateurs invertébrés, ce qui signifie qu’elle ne possède pas de colonne vertébrale, comme l’on peut s’en douter. Au sein de la classification des espèces, pour les plus curieux d’entre vous, les araignées font partie de l’embranchement des arthropodes et appartiennent à la classe des Arachnides.

Bien qu’appartenant à la même classe, on recense 48 800 espèces en 2020, dont 1700 en France. Chaque espèce possède des caractéristiques très variables, à commencer par la taille : les araignées peuvent mesurer de 0,2 mm à 30 cm ! Ces dernières sont donc un réservoir de biodiversité extrêmement riche.

Du frisson dans le dos à la phobie, nous n’aimons généralement pas les araignées. Des chercheurs sont même parvenus à démontrer que la peur des araignées serait héréditaire. Si le dicton veut que la petite bête ne puisse pas manger la grosse, les araignées sont pourtant redoutables. Prédatrices hors pair, elles se nourrissent d’une grande variété de proies : insectes, vers de terre, escargots, petits vertébrés, voire parfois d’autres araignées. La tarentule géante, Theraphosa blondi, est même capable de manger des souris et des lézards.


Mais comment font-elles ? Les araignées peuvent compter sur leurs stratégies de chasse et d’attaque très performantes pour s’attaquer à des animaux qui font jusqu’à 10 fois leurs tailles. Ensuite, pour capturer leurs proies, elles utilisent les propriétés de la soie qu’elles tissent. Par exemple, la veuve noir d’Amérique du Nord, qui mesure en moyenne 1,7 cm, capture et consomme des serpents, certes juvéniles, mais mesurant environ 26 cm ! Elle les piège dans une toile et les paralyse avec un venin toxique pour pouvoir les dévorer en toute sérénité.


L’araignée, un animal “sous pression”


Les araignées ont une anatomie particulière : elles n’ont pas un squelette osseux comme nous autres mammifères mais un hydrosquelette. Cela signifie que l’articulation de leurs 8 pattes ne se fait pas via des contractions musculaires, mais repose sur la présence d’un liquide physiologique, appelé hémolymphe. Le principe est simple : la variation de la pression de ce liquide permet l’extension de la patte. Ce mécanisme est un réel atout lorsque les araignées chassent. Par exemple, les araignées sauteuses, comme leur nom l’indique, peuvent sauter jusqu’à plusieurs fois leur taille ! Elles sont bien plus agiles dans leur déplacement ce qui leur permet de capturer plus facilement leurs proies.



Les pattes des araignées sont remplies d’un fluide dont la compression leur permet de se déplacer


La soie d’araignée : quand tisser des liens devient un art


Bien qu’au cœur des thématiques de recherches de nombreux scientifiques, la soie d’araignée regorge de mystères irrésolus. Pour être très rigoureux, nous devrions parler des soies au pluriel, compte tenu de la multiplicité des types de soie existant et de leurs usages. Malgré le fait qu’elles aient la même composition chimique, à savoir des protéines agencées en une fibre très fine, les soies d’araignées diffèrent sur de nombreux points. Une même araignée peut être amenée à en produire plusieurs types, en fonction de ses besoins. Voyez plutôt :

  • Pour se déplacer, les araignées ont recours à une soie sèche. Par exemple, les araignées à écorce de Darwin (Darwin’s bark spiders, ou Caerostris darwini), que l’on trouve dans les forêts de Madagascar, construisent les plus grandes toiles orbitales jamais mesurées. Celles-ci peuvent atteindre 2,8 m² de surface suspendue à des ponts allant jusqu’à 25 m de long au-dessus des rivières et ruisseaux. Cette soie sèche est aussi utilisée par certaines araignées comme un fil de cheminement qui assure leur sécurité en cas de chute.

  • Pour la chasse, certaines araignées tissent une soie criblée de perles visqueuses pour adhérer aux proies. Les araignées bolas utilisent cette soie et la couplent à une technique de chasse incroyable, digne d’un film d’action ! Elles disposent d’une perle d’un liquide gluant à l’extrémité de leur soie et l’agitent à la manière d’un bolas pour capturer des proies volantes. Grâce à cette technique spéciale, elles sont spécialisées dans la chasse aux papillons de nuit. Les écailles détachables permettent généralement aux papillons de se défaire des toiles ; mais qu’à cela ne tienne, les araignées bolas ont leur propre lasso ! La couche extérieure semi-liquide de la “perle” s’infiltre directement sous les écailles, et la partie plus visqueuse est accrochée au fil élastique, ce qui permet de supporter le poids et les mouvements des papillons.

  • Pour tisser leurs toiles (toutes les araignées ne le font pas !), les araignées produisent plutôt une soie gluante permettant de fixer la proie à la toile dès qu’elle s’y pose. Les toiles elles-mêmes présentent une vraie diversité : certaines sont géométriques (elles peuvent atteindre 2 mètres dans le cas des Néphiles géantes de Madagascar), d’autres sont irrégulières et prennent la forme de nappes ou encore de dômes...

  • Pour protéger leurs progénitures, les araignées tissent en général une toile plus cotonneuse. Un exemple spectaculaire et encore incompris est la structure circulaire tissée par certaines araignées d’Amérique du Sud. Du nom de silkhenge, en référence à Stonehenge, ces structures protégeraient les œufs des attaques des fourmis ou permettraient de piéger des acariens qui viendraient nourrir les petites araignées à leur naissance.

Les soies ont encore beaucoup d’autres usages : les femelles, par exemple, y déposent des phéromones pour attirer des mâles. Quoiqu’il en soit, les soies sont capitales pour la survie ou la reproduction des araignées. A cet égard, l’évolution les a doté de propriétés, notamment mécaniques, très intéressantes : légèreté, élasticité, résistance…


La structure exceptionnelle produite par certaines araignées en Amazonie pour protéger leur progéniture

L’araignée et ses yeux télescopes


Les araignées n’ont pas une très bonne vue, bien qu’elles soient parfois dotées de 8 yeux. Ces derniers possèdent des propriétés leur permettant de chasser et de se déplacer efficacement. Par exemple, les yeux des araignées sauteuses surnommées “yeux télescopes" permettent de détecter une proie sur une grande distance. La détection des proies repose sur la structure des yeux : leurs rétines sont composées de 4 couches photoréceptrices permettant d’évaluer avec précision les distances, même très importantes.


Les araignées peuvent détecter des proies à grande distance.

Les yeux des araignées sont une source d'inspiration très riche pour les chercheurs spécialisés en optique. Une caméra reproduisant la composition multicouche des yeux des araignées a été développée. Cet exemple est loin d’être isolé, car les araignées sont une source d’inspiration biomimétique inépuisable.



L’araignée, une source d’inspiration biomimétique inépuisable


Lorsque l’on évoque araignées et biomimétisme, il paraît évident de parler de la soie, et croyez-nous on aurait bien tort de ne pas le faire. Pourtant, les fils de soie ne sont pas la seule inspiration biomimétique issues des araignées...


L’hydrosquelette des araignées : une source d’inspiration pour de nouveaux systèmes d’actuateurs


Le fonctionnement de l’hydrosquelette des araignées peut servir de modèle pour la conception d’actuateurs, des systèmes permettant de réguler la pression d’un fluide afin d’agir sur un autre système. De la même manière que pour les pattes des araignées, l’articulation contient une poche de fluide qui peut se comprimer et ainsi plier l’articulation grâce à des fils imitant les tendons. L’université du Colorado a développé une technologie particulièrement performante : des actuateurs bio-inspirés des articulations d’araignées, qui sont jusqu’à 4 fois plus rapides que les actuateurs classiques et qui consomment jusqu’à 140 fois moins d’énergie. Cette technologie pourrait être utilisée dans la robotique ou encore dans le domaine médical pour la conception de nouvelles prothèses.


L’incroyable résistance de la soie d’araignée


Bien que très fine (environ 10-5 m soit 0,01 mm), la soie d’araignée doit résister à des conditions extérieures très variables telles que la pluie, la rosée, l’hygrométrie ou encore le vent. En parallèle, la soie doit rester flexible/élastique pour capturer les proies sur la toile ou à la manière des bolas. Cette ambivalence a suscité l’intérêt de nombreux chercheurs qui sont parvenus à quantifier certaines propriétés. Sa résistance en traction, qui est le rapport entre la force nécessaire pour rompre un fil et la section du fil, est l’une des plus élevée : environ 1000 Méga-Pascals. Celles de l’acier et du kevlar se situent respectivement à 500 Méga-Pascals et 3000 Méga-Pascals. La soie dispose donc d’un excellent rapport légèreté/résistance, inspirant la conception de nombreux matériaux et ce, dans des domaines industriels variés (aéronautique, aérospatial, automobile…)



La soie d’araignée a des propriétés de résistance exceptionnelles, inégalée dans la nature


Des toiles d’araignées pour protéger les oiseaux...


C’est la solution originale imaginée par l’entreprise Ornilux. Dans la nature, les oiseaux constituent une menace pour les araignées : ils volent dans leurs toiles et les détruisent, les empêchant de capturer des proies. De ce fait, certaines araignées sont dotées de fils de soie qui réfléchissent les UV (perceptibles par les oiseaux).

Cette caractéristique apporte une solution à un problème plus urbain : les collisions d’oiseaux avec les vitres de bâtiments. Ces collisions sont une des principales sources de mortalité aviaire. Il est donc essentiel de concevoir des solutions architecturales respectueuses de la biodiversité qui nous entoure. En reproduisant le système de réflexion des UV des fils de soie, Ornilux a ainsi mis au point des revêtements réfléchissant à poser sur les vitres. L’obstacle est donc signalé aux oiseaux, tout en restant invisible pour l'œil humain (qui lui ne perçoit pas les UV !)




Vous n’aimez peut-être toujours pas les araignées, mais nous espérons que vous êtes désormais convaincus de l’immense richesse qu’elles représentent dans le domaine du biomimétisme. Les différentes espèces d’araignées possèdent des caractéristiques aussi surprenantes les unes que les autres, et n’ont pas fini de nous surprendre en inspirant des technologies innovantes, performantes et durables !