La nacre est un matériau incroyable : de sa beauté à sa solidité, ses vertus sont nombreuses. Ce matériau fascinant n’a pas fini de nous surprendre et de nous inspirer. Bienvenue dans cette visite guidée des vertus de la nacre !
La nacre et ses vertus pour les mollusques
Définition de la nacre
La nacre est un biomatériau synthétisé par de nombreux mollusques. Certains coquillages univalves, comme les ormeaux, ou bivalves, comme les huîtres ou les pinna nobilis, plus grand bivalve de méditerranée d’ailleurs connu sous le nom de “grande nacre”, sont connus pour sécréter de la nacre. Mais ce matériau est commun à la plupart des mollusques à coquille : même les escargots en produisent ! La nacre constitue la couche interne de la coquille, directement au contact du mollusque. Comme le reste de la coquille, elle est principalement composée de carbonate de calcium. Ce minéral se trouve dans la nacre sous forme d’aragonite, alors qu’il peut, dans le reste de la coquille, aussi se trouver sous forme de calcite, sa forme stable en conditions ambiantes de pression et de température. L’acidification des océans, causée par le réchauffement climatique, met alors ces mollusques en danger, au même titre que les coraux qui contiennent aussi de l’aragonite. En effet, l’acidité de l’eau change les équilibres entre les formes cristallisées, calcite ou aragonite, du calcaire, et sa présence en solution dans l’eau. Une eau trop acide peut alors empêcher ces organismes de créer leur coquille et leur nacre, voire détruire ce squelette externe nécessaire à leur survie.
Structure et rôle de la nacre
La nacre a un rôle de protection pour les mollusques qui la sécrètent. L’aragonite est un matériau très dur, mais aussi très cassant. Dans la nacre, les cristaux d’aragonite sont organisés en couches, liées entre elles par de la conchyoline. Cette matière organique apporte une relative souplesse à l’ensemble, qui se traduit par une résistance à la rupture 3 000 fois supérieure à celle de l’aragonite seule. Et pour obtenir ces performances, il suffit de 5 à 6 % de conchyoline dans la nacre, tout en lui permettant de préserver la dureté de l’aragonite ! Sécrétée tout au long de la vie du mollusque, la nacre protège donc l’intérieur de la coquille. C’est aussi ce rôle de protection qui permet la création des belles perles de nacre. En effet, lorsqu’un corps étranger pénètre à l’intérieur de la coquille, il va déclencher la production de nacre autour de lui. Couche par couche, il sera ainsi recouvert pour ne pas irriter le coquillage, ce qui donnera lieu à une perle. L’aspect irisé de ces perles et de l’intérieur des coquilles est directement lié à la structure en couches de la nacre. En effet, les alignements d’aragonite vont donner lieu à des réflexions particulières de la lumière et produire ainsi les beaux reflets de la nacre. A ces couleurs structurelles peuvent s’ajouter des couleurs pigmentaires, apportées à la nacre par des caroténoïdes (des pigments qui, comme leur nom l’indique, sont aussi présents par exemple dans les carottes) dans la conchyoline.
La nacre et ses vertus pour les hommes
La nacre : un matériaux précieux pour des utilisations sociales
La beauté de la nacre a été la première raison de son utilisation par les hommes. Certains coquillages dotés d’une nacre particulièrement belle ont ainsi été utilisés directement comme monnaie d’échange, comme les Cauri en Chine, en Inde ou encore en Afrique. Le développement de nouvelles techniques, ainsi que les élevages de certaines espèces pour leur nacre spécifiquement ont permis l’essor de nouveaux usages pour la nacre. Cette pierre semi-précieuse est alors utilisée en bijouterie ou en marqueterie, mais aussi pour faire des boutons ou diverses décorations. Son aspect blanc laiteux a même conduit à son utilisation en sculpture réaliste, pour représenter le blanc des yeux ! Enfin, les instruments de musique n’échappent pas à l’utilisation de la nacre, que ce soit pour leur décoration, comme certaines guitares, ou pour un rôle plus direct : les touches des accordéons sont ainsi réalisées en nacre.
La nacre et ses vertus thérapeutiques
La nacre donne aussi lieu à des utilisations moins communes. Sa couleur et sa solidité faisant penser à celle des dents, les Mayas avaient pris l’habitude de l’utiliser pour remplacer leurs dents abîmées. Des études de ces implants ont montré une étonnante liaison entre ces nouvelles dents et la mâchoire : ces implants n’étaient non seulement pas rejetés par les patients mais devenaient au contraire une part intégrante de la dentition. Ces propriétés étonnantes ont alors été étudiées pour envisager l’utilisation de nacre pour des implants osseux. Et de fait, la nacre possède une structure similaire à celle des os, et surtout des mécanismes de croissance similaires. Ainsi, les mêmes types de messages chimiques induisent la croissance de la nacre et des os. La présence de nacre favorise donc la régénération osseuse, ce qui ouvre des voies prometteuses pour la mise au point de biomatériaux efficaces en réparation osseuse.
La nacre et ses vertus pour le biomimétisme
A la recherche de la solidité
Et si les vertus de la nacre pour l’homme dépassaient son utilisation en tant que matière, et s’étendaient aux inspirations qu’elle peut engendrer, comme de nombreux organismes marins ? Comme nous l’avons dit, la structure de la nacre lui apporte résistance et solidité. S’inspirer de cette structure en briques et mortier, alliant des briques dures comme l’aragonite et un mortier plus souple comme la conchyoline peut ainsi permettre de développer de nouveaux matériaux plus solides. Cette idée est applicable à de nombreux types de matériaux ! Par exemple, un plastique biosourcé a été développé en s’inspirant de la nacre. Des feuillets de mica jouent le rôle des briques, et de la cellulose (constituant des plantes) joue celui de la conchoyline pour donner à ce nouveau plastique biodégradable de bonnes propriétés mécaniques. De la même façon que la conchyoline ne représente qu’une faible proportion de la nacre, l’ajout d’une toute petite quantité de matière plus souple peut suffire à avoir des résultats impressionnants. Ainsi, l’ajout de 7% de polymère dans du verre permet, en reproduisant la structure de la nacre, d’obtenir un verre 700 fois plus résistant aux fissures ! Enfin, un dernier mécanisme améliore la résistance de la nacre : il s’agit des liaisons sacrificielles. Leur principe ? Il s’agit de liaisons assez faibles, qui vont se rompre préférentiellement sans menacer l’intégrité de l’ensemble de la structure. Comme elles sont aussi facilement reformables, cela offre des capacités de cicatrisation intéressantes. Ce mécanisme peut être reproduit à différentes échelles pour offrir des capacités d’auto-réparabilité à différents matériaux.
Vers de nouvelles applications
Si l’on prend un peu de recul, la structure de la nacre peut être intéressante dans des applications plus lointaines de son utilité première. Par exemple, un filtre à eau efficace s’inspire de la nacre. Ce filtre allie une protéine filtrante, à travers les pores de laquelle est effectuée la filtration, et une structure minérale, qui assure la solidité mécanique du filtre. Ainsi, il est possible de faire passer de grands débits d’eau à travers ce filtre robuste tout en ayant une bonne sélectivité des molécules filtrées. Pour finir, la nacre accompagnera peut-être les prochaines explorations spatiales ! En effet, un nouveau carburant solide pour fusée s’en inspire pour améliorer ses caractéristiques. L’ajout de briques conductrices et résistantes au sein du polymère carburant permet à la fois d’améliorer la conductivité thermique et la résistance de l’ensemble. Inspiré de la nacre, cela apporte au carburant solide une meilleure résistance aux contraintes qui s’exercent sur lui, notamment au moment du décollage. Mais en plus, la combustion est rendue plus fiable grâce à la meilleure répartition de la chaleur au sein du matériau : les points chauds et les risques d’accident sont limités.
Conclusion
Décorative et solide, la nacre possède de nombreuses vertus qui en font un matériau très prisé. Au vu du nombre d’innovations qu’elle inspire, la nacre a, en termes de biomimétisme, encore de beaux jours devant elle !