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 Sommaire 

 

 

Constat de départ

 

Le Ver à Soie et l’Araignée : deux producteurs de soie pour deux buts différents

 

1       Structure et composition de la soie

 

2       La soie du bombyx mori ou ver à soie

 

Pourquoi la chenille du bombyx mori produit-elle de la soie ?

Quelles sont les propriétés de la soie du bombyx du mûrier ?

 

3       La soie de l’araignée

 

Pourquoi l’araignée produit-elle de la soie ?

Quelles sont les propriétés qui rendent la soie d’araignée si particulière ?

 

4       La soie et son intérêt futur

 

 

Annexe n°1 

 

Comment la soie est-elle « née » ?                                                                             

 

Annexe n°2

 

Pourquoi la soie d’araignée n’a t elle pas été exploitée par l’Homme de la même manière que la soie de la chenille du bombyx mori ?

 

 

 

Mots clefs

 


 

Constat de départ

 

 

 

 

Depuis l’Antiquité, l’Homme a utilisé la soie pour ses remarquables propriétés textiles. En effet, la soie regroupe des qualités qu’aucune autre fibre de synthèse ne possède, comme le montre le document ci-dessous :

 

 

 

Courbe contrainte-déformation

 

 

De là, nous nous sommes posés la question suivante : pourquoi la soie est-elle aussi résistante ?

Pour mieux illustrer ces surprenantes qualités, nous avons choisi deux cas particuliers : la soie de la chenille du bombyx mori, plus connu sous le nom de ver à soie, et la soie de l’araignée. Il faut savoir que la soie du ver à soie a été utilisée par l’Homme depuis l’Antiquité. Cependant, depuis tout aussi longtemps, l’Homme a convoité la soie de l’araignée sans succès. Comme le montre le document ci-dessus, la soie d’araignée possède les mêmes propriétés (résistance, élongation, résilience) que celles du ver à soie, mais deux fois supérieures.

Pour finir, nous verrons quelles seront les nouvelles applications dans de diverses domaines de ces deux types de soie dans le futur.

 


 

 

Le ver à soie et l’araignée : deux producteurs de soie pour deux buts différents

 

 

 

1- Structure et composition de la soie

 

La soie est essentiellement constituée de deux protéines : fibroïne (63,5%) et séricine (22,5%). La fibroïne constitue la partie centrale du brin tandis que la séricine entoure la partie centrale du brin. Les 14% restants regroupent des matières grasses, minérales, et des traces d’eau.

Cependant, la séricine n’est pas à l’origine des qualités textiles de la soie ; elle ne lui donne que sa coloration. Ainsi les propriétés de la soie reposent sur la fibroïne.

La fibroïne est une protéine fibreuse dont la composition et la structure confèrent au fil de soie ses qualités. Elle est composée de chaînes polypeptidiques.

La séquence répétitive d’acides aminés donne lieu à une structure fortement cohérente qui procure au fil de soie ses propriétés uniques. Il existe deux régions qui présentent des séquences répétitives d’acides aminés : une séquence riche en alanine et une séquence riche en glycine.

 

La forme d’une structure repliée appelée feuillet bêta prise par la protéine est due à la séquence riche en alanine. Elle s’apparente à un feuillet de papier en accordéon. Lorsque la protéine de soie se replie, les feuillets bêta se juxtaposent pour produire une protéine densément constituée (comme le montre la figure ci-dessous à droite). Les feuillets bêta, de plusieurs molécules de protéines, sont maintenu entre eux par plusieurs liaisons hydrogènes pour former des cristallites bêta, qui donnent à la soie sa force et sa résistance.

 

 

 

 

 

Pour sa part, la séquence riche en glycine forme des spirales. Ces spirales ne sont modifiées qu’au moment où la soie est sécrétée ou étirée. Au moment de leur sécrétion, les spirales forment un type d’hélice particulier. Ce type d’hélice augmente davantage la résistance mécanique de la soie d’araignée, elle est appelée hélice 31. Ces hélices confèrent à la soie d’araignée son élasticité qui peut être comparée à un ressort.

 

 

 

 

2- La soie du bombyx mori ou ver à soie

 

Définition du ver à soie : petit animal allongé au corps cylindrique et mou, dépourvu de pattes, chenille du bombyx du mûrier qui s’enferme dans un cocon de soie en vue de sa métamorphose en papillon.

 

 

Pourquoi la chenille du bombyx mori produit-elle de la soie ?

 

Comme toute chenille de papillon, la chenille du bombyx mori s’isole pour se transformer en chrysalide. Cependant, la chenille du bombyx mori avant de se transformer en chrysalide, tisse un cocon de soie de 500 à 1500 m de fil. Ce cocon lui sert à se protéger des conditions extérieures afin qu’elle puisse commencer les étapes de sa métamorphose en papillon.

C’est aux alentours du trentième jour que le ver cesse de manger et cherche une branche à laquelle il va se fixer pour effectuer sa transformation. Une fois en place, il décrit dans l’espace avec sa tête plusieurs dizaines de millions de huit. Au même moment, il sécrète une « bave » filamenteuse et visqueuse au rythme de 30 cm par minute. Cette « bave » durcit au contact de l’air, elle devient ainsi une fibre. Le ver tisse son cocon pendant deux à trois jours avant de prendre sa forme de chrysalide.

La chenille du bombyx du mûrier tisse son cocon grâce à un appareil séricigène situé à l’arrière de la bouche. Il est constitué par deux longs tubes sinueux et brillants en forme de glandes, de chaque côté du tube digestif. La partie postérieure de chaque glande présente de très nombreux replis. C’est à ce niveau qu’est sécrétée la soie. La partie moyenne sert de réservoir de soie tandis que la partie antérieure, très fine forme le tube excréteur. Les deux tubes se rejoignent à la base de la tête dans un canal commun, (trompe soyeuse ou filière) où les deux brins de soie s'accolent sans se fusionner pour former un seul fil appelé la bave.

 

Au cours des siècles, le ver à soie a été sélectionné comme le seul être vivant à produire un fil de soie aussi long. Progressivement, la quantité de soie produite a augmenté. La mise au point d’hybrides a aussi contribué à l’augmentation de la quantité de soie.

 

 

Quelles sont les propriétés de la soie du bombyx du mûrier ?

 

Le cocon du ver à soie se dévide en un seul long fil continu très long. Ce qui n’est pas le cas d’autres espèces séricigènes dont la soie est exploitée. De plus, au cours du temps, le bombyx du mûrier est devenu dépendant de l’homme, étant domestiqué par celui-ci depuis quatre mille cinq cents ans. La soie a jusqu’à maintenant servi dans l’industrie textile pour ses diverses qualités :

® grand pouvoir isolant thermique: elle permet de garder la chaleur en hiver et la fraîcheur en été, 

® très grande élasticité, 

® grand pouvoir absorbant, 

® les tissus faits de soie ne se froisse pas, 

® grande ténacité du fil, 

® les vêtements de soie sont légers tout en conservant leur forme, 

® finalement, les vêtements en soie ne provoquent pas d’irritation de l’épiderme.

 

Toutefois, la soie du bombyx mori présente certains défauts. D’une part, la soie peut être attaquée par la sueur et résiste mal aux micro-organismes. D’autre part, la soie résiste mal à la fibrillation. Enfin, elle est sensible à la lumière, c’est à dire qu’elle jaunit et perd de sa solidité.

 

 

 

3- La soie de l’araignée

      

Définition de l’araignée : les araignées font partie de la famille des arachnides (classe d’arthropodes terrestres dont le corps est composé d’un céphalothorax, d’un abdomen et de quatre paires de pattes), leur taille varie selon les espèces allant d’une fraction de millimètre à vingt-cinq centimètres environ ; elles sont munies de crochets à venin et de glandes séricigènes.

 

« Une petite main noire et poilue crispée sur des cheveux.

      Toute la nuit, au nom de la lune, elle appose ses scellés. »

                 Jules Renard, Bestiaire

 

 

Pourquoi l’araignée produit-elle de la soie ?

 

L’araignée produit de la soie pour de multiples utilisations :

® pour se déplacer ; elle s’en sert aussi comme fils de secours qui l’aident à se retenir si elle tombe et à retrouver son chemin,

® pour délimiter son territoire,

® pour confectionner des cocons pour protéger ses œufs,

® pour empaqueter ses proies,

® pour construire les différentes parties de sa toile, 

® pour réaliser des nids voire même tapisser des terriers,

® chez certaines araignées de petite taille, en particulier les jeunes, elles tissent        un fil appelé fil de la Vierge qui leur permet de se faire porter par le vent sur des distances dépassant parfois cent kilomètres !

 

 

Et l’on sait qu’une même araignée produit plusieurs types de soies. Cela s’explique par le fait que l’araignée dispose de plusieurs types de glandes séricigènes. Les glandes séricigènes sont situées à la base postérieure de l’abdomen. Chaque type de glande débouche à l’extérieur par des orifices bien déterminés qui sont placés à l’extrémité des filières, appelés fusules. Ces fusules, très nombreuses, forment l’embouchure des glandes séricigènes. A leur extrémité, se trouve un pore à travers lequel s’effectue la sécrétion des glandes séricigènes. Toutefois, la soie sécrétée par les glandes séricigènes est soluble et forme de minuscules gouttes. Sous l’effet d’une technique de filage, la soie liquide se transforme en un fil de soie élastique. Cette transformation est permise par un étirement énergique des gouttes de soie par l’araignée.

 

Pour illustrer cette diversité  des glandes séricigènes chez l’araignée, nous avons choisi

l’exemple de l’épeire fasciée :

      

  

 

 

Le document ci-dessus présente schématiquement les différentes glandes séricigènes et l’utilisation correspondante qu’en fait l’araignée :

® les glandes ampullacées fournissent les fils de soutien de la toile,

® les glandes pyriformes fournissent les fils adhésifs de la spirale de la toile,

® les glandes aciniformes fournissent le fil pour empaqueter les proies,

® les glandes tubuliformes fournissent le fil pour construire les cocons.

 

 

Quelles sont les propriétés qui rendent la soie d’araignée si particulière ?

 

 La soie d’araignée présente de remarquables propriétés :

® les fils de soie ont une résistance spécifique(1,3 GPa) plus grande que celle de l’acier et une résilience(16´104 J/kg) pplus élevée que celle d’un polymère synthétique, tout en étant plus fins qu’un cheveu (0,02 mm),

® ils sont moins résistants que le kevlar, mais plus extensibles,

® l’élasticité de la soie l’araignée est unique étant donné que peu de fibres ayant une résistance à la tension comparable à celle de la soie d’araignée peuvent subir un étirement de plus de 40 % avant de se rompre.

 

Pour mieux illustrer ces propriétés, le tableau ci-dessous établit la comparaison entre la soie d’araignée, le kevlar et l’acier :

 

 

Résistance (g/d)

Module d’élasticité (g/d)

Energie de rupture (´103 J/kg)

Elongation (%)

Fil d’araignée

21,0

500

120

5-35

Kevlar

22,0

850

30

2,4

Fibre d’acier

4,0

290

2

1,4

 

 

 

 

4- La soie et son intérêt futur

 

La résistance des protéines de la soie a été utilisée pendant des siècles dans le domaine médical, comme matériel de suture. Des problèmes au niveau immunologie liés à la séricine (partie non-cristalline de la fibre de soie) ont freiné cet usage de la soie pendant les vingt dernières années. Cependant après séparation et purification par une opération appelée décreusage qui consiste à tremper la fibre de soie dans de l'eau chaude légèrement alcaline ou acide, la fibroïne présente une biocompatibilité semblable à des matériaux de suture plus couramment utilisés. Ceci a renouvelé l'intérêt des chercheurs pour utiliser la fibroïne comme matière biologique.

Les fibres de soie du bombyx mori possèdent des propriétés uniques qui remplissent plusieurs critères nécessaires pour un échafaudage pour de la matière biologique. La soie peut être arrangée en fibres, éponges ou en membranes. Ceci fait de la soie un excellent substrat pour des applications biomédicales telles que des greffes de matière biologique (greffes artérielles), des cultures de cellules, des porteurs de cellules ou encore des systèmes de filtrage pour des fluides biologiques.

Compte tenu de ses propriétés particulières, notamment sa solidité supérieure, sa plus grande élasticité, ses qualités biodégradables et une multitude de qualités de fil, la soie d’araignée fait l’objet de programmes de recherches centrés sur les applications dans la médecine pour la restauration des organes, en particulier les tissus biologiques reconstituants : en effet il s’avère que le fil de soie d’araignée peut constituer le matériau naturel qui fournirait la structure de base pour la reconstruction de certains organes d’articulation endommagés (muscles,…). Dans un futur proche, les chercheurs espèrent être en mesure de fabriquer des tendons artificiels.

Au delà des applications médicales, les usages militaires (parachutes, gilets pare-balles), automobiles (pneus, châssis des formules1,…), sportives (raquettes,…) et textiles sont nombreux mais nécessitent une production en quantité industrielle, ce qui est délicat à obtenir dans la mesure où les araignées se prêtent difficilement à un élevage intensif et contrôlé.

Dans la recherche des moyens de production en série, l’on a décelé une grande similitude entre les cellules des glandes séricigènes de l’araignée et celles des glandes mammaires de la chèvre. Grâce à une transplantation du gène qui code pour la protéine de soie d’araignée dans le patrimoine génétique de la chèvre, on a ainsi réussi à faire produire à des chèvres transgéniques cette précieuse fibre sous une forme soluble dans le lait.

Dans le même domaine, une autre piste de recherche est d’utiliser le bombyx mori transgénique pour la production industrielle de la protéine de soie d’araignée.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Annexe n°1

 

 

 

Comment la soie est-elle « née » ?

 

De nombreuses légendes entourent la soie. Malgré la multitude de récits, ils ont la même origine :

Trois mille ans avant notre ère, l'impératrice chinoise Hsi-Ling-Shi trouva un cocon dans sa tasse de thé encore chaude qui était tombé d'un mûrier sous lequel elle était assise. Sous l’effet de la chaleur, le cocon se mit à se dérouler. Toute étonnée et souhaitant le retirer, elle ne put saisir qu'un fil qui semblait n'avoir jamais de fin. C’est ainsi que le premier dévidage de cocon eut lieu.

Durant trente siècles, l’existence de la soie fut gardée secrète par l’Empire du Milieu. Puis, par l'intermédiaire des peuples des steppes récompensés par des étoffes somptueuses, le secret et le monopole de la sériciculture franchirent les frontières et les mers : Asie mineure, Byzance… la mondialisation de la soie fut lancée.

 

En France, l’apparition de la sériciculture et son développement a vu le jour grâce à Louis XI et surtout Henri IV, conseillé par l'agronome Olivier de Serres et Isaac de Laffemas. Aux frais de l’Etat, ils ordonnèrent la plantation de 20.000 mûriers et introduisirent d'immenses quantités d'œufs de vers à soie.

Comme dans l'empire romain d'Orient, l'hémorragie de devises fut la principale raison de ces décisions de développement d’une production nationale. Les projets et desseins d'Henri IV furent si bien suivies que la plupart des grands chemins se trouvèrent bientôt bordés de mûriers, ainsi que les parcs et Maisons Royales.

Dès lors, l'industrie de la soie ne cessa de se développer et s’implanta réellement en France. Elle prospéra et améliora sa technicité jusqu'à la Révolution en imposant sa qualité dans le monde entier. L'apogée de la sériciculture sera atteinte au début du 18ème siècle et marquera l'âge d'or des départements du Midi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Annexe n°2

 

 

 

Pourquoi la soie d’araignée n’a t elle pas été exploitée par l’Homme de la même manière que la soie de la chenille du bombyx mori ?

 

Avant notre ère, les Grecs anciens se servaient de la soie d’araignée comme de fil de suture pour la fermeture des plaies, étant donné qu’elle est naturellement biodégradable. Au début du premier millénaire, les aborigènes de Nouvelle-Guinée mimaient l’araignée en se servant de sa soie pour la fabrication de filets de pêche. De même que les aborigènes d’Australie fabriquaient le fil pour leurs cannes à pêche avec la soie d’araignée. Ce n’est qu’au cours du deuxième millénaire, que les Européens évaluent la soie d’araignée. En 1830, est inventée la première machine pour recueillir la soie d’araignée. Cependant la production ne se fait qu’en petite quantité.

Il faudra attendre le 20ème siècle pour voir l’explosion des recherches sur les multiples possibilités d’utilisation de la soie d’araignée. Au début du siècle, des réticules en soie d’araignée sont fabriqués pour des instruments optiques. Seule l’armée américaine développe des recherches de grande envergure et répertorie les propriétés de la soie d’araignée . Dans les années 70, elle se penche sur les fibres anti-balistiques. Au milieu des années 80, Randy Lewis clone et dépose le brevet sur les gènes de la soie d’araignée et l’armée américaine tente de produire des protéines de soie d’araignée sans succès. A la fin des années 90, la firme Nexia obtient les brevets de Lewis.

A l’aube du troisième millénaire, Nexia et l’armée américaine annoncent avoir produit les premières fibres à haute performance synthétiques en soie d’araignée.

Les échecs concernant la production de soie d’araignée s’expliquent par deux caractéristiques de l’araignée. L’araignée ne peut être élevée comme le bombyx mori compte tenu de son besoin d’un territoire. De plus, élevées en groupe, les araignées se mangeraient entre elles.

 

 

 

 

 

 

 

           

 

Annexe n°3

 

 

 

  L’ELEVAGE DU VER A SOIE     

 

 

L’élevage des vers à soie se fait au printemps lors de la première poussée des feuilles de troènes.

Le bâtiment destiné à l’élevage des vers à soie s’appelle une magnanerie, du mot provençal « magnan »qui signifie ver à soie.

L’élevage comprend deux périodes principales : l’incubation de la graine (de l’œuf)

et l’élevage proprement dit du ver.

L’espèce que j’ai décidé d’élever est le Philosamia ricini (ou Bombyx éri) qui provient d’Inde et qui donne des produits qui sont considérés comme les plus beaux et  les plus estimés. (REFERENCE DOC 1)

Le prix de 12 œufs philosamia ricini est de 4 euros ….

 

 

1)     L’incubation de la graine :

 

 

Cette période dure environ 11 jours ; plus la température à laquelle les vers seront exposés est élevée et plus la croissance se fera rapidement cependant il est préférable de ne pas excéder les 30 degrés. (REFERENCE DOC 2)

Lors de la réception des 12 œufs qui sont dans une petite boite en plastique transparent de 4,2 * 2,9 cm il faut les laisser dans un endroit bien éclairé ou il fait environ 20 degrés.

Les œufs au fur et à mesure des jours deviennent grisâtres, le 5ème jour on peut même voir apparemment à l’aide d’une loupe le ver à travers la coque qui le renferme ce que je n’ai pas réussi à faire.

Les avant-coureurs sortent le 6,7ème jour et les autres à partir du 8ème.

Il y’a bien sur quelques vers qui ne vont pas sortir, ceux-ci devront tout de suite être séparés des autres afin de ne pas les affecter.

Dès qu’un ver éclot de son œuf il faut le mettre dans un terrarium à l’aide d’une feuille sans le toucher. On  le laisse ensuite sur une feuille qu’il dévorera dans les heures qui suivent en se positionnant sur les extrémités de celle-ci.

Une fois les vers tous éclos c’est partit on peut commencer à les élever à l’aide de la partie suivante.

 

 

 

2) L’élevage du ver :

 

 

Cette période dure environ 39 jours et elle dépend de la température aussi.

Les chenilles vont très rapidement grossir en effet on peut les qualifiés de « tubes digestifs ».Il faut donc rajouter des feuilles tout les 2 jours à peu près en faisant attention a ce que celles-ci soient bien sèches et pas trop jeunes. Des chenilles petites sont caractérisées par L1, L2, les chenilles moyennes par L3, L4 et les grandes par L5.

Comme on peut le voir sur le schéma cette période se subdivise en 5 : celles-ci sont le temps qui s’écoule d’une mue à l’autre ou d’un sommeil à l’autre.

Il faut désinfecter le terrarium à peu près tous les trois jours. Cette opération est très délicate. Il suffit d’éternuer une seule fois dans les environs et les vers seront tous mort le lendemain.

 

 

 

Voici les quelques étapes qu’il faut suivre attentivement pour élever des vers. Les miens sont malheureusement morts tout de suite après leur éclosion car je n’ai pas trouvé la nourriture exacte qu’il fallait leur procurer.

Dès que l’occasion se présentera je me remettrais à élever ces petites créatures incroyables qui sont l’objet d’un magnifique matériau : la soie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DOCUMENT 1)

 

 

 

DOCUMENT 2)

 

Réf :Le calendrier du développement

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les Mots-Clefs

 

 

 

 

 

 

Abdomen : cavité viscérale à la partie inférieure du tronc, contenant la plus grande partie de l’appareil digestif, l’appareil urinaire et l’appareil génital interne

 

Alanine ( acide aminé naturel aliphatique) : est un acide aminé, c’est à dire qu’il renferme une fonction acide et une fonction amine, constituant important des protéines

 

Aramide : se dit de fibres et de fils synthétiques obtenus à partir de polyamides aromatiques ou de polyamide-imide. Ces fibres conservent d’excellentes propriétés mécaniques à haute température. Elles peuvent se substituer aux fibres de verre et au métal et trouver leur application dans les pneumatiques, les cordages, les gilets pare-balles et les matériaux spéciaux destinés à l’industrie aérospatiale.

 

Céphalothorax : désigne la partie antérieure du corps de l’araignée est le résultat  de la fusion de la tête « cephalo » et du tronc « thorax »

 

Chrysalide : forme du bombyx mori pendant la métamorphose

 

L’élongation (ou élasticité) : correspond au pourcentage d’élongation d’une fibre par rapport à sa longueur initiale

 

Epiderme : couche superficielle de la peau qui recouvre le derme(le derme étant la couche profonde de la peau.)

 

Fibroïne : c’est une protéine qui constitue la partie centrale du fil de soie

 

Fusule : les fusules sont les orifices(en forme de cône), placés à l’extrémité des filières, par lesquels débouchent à l’extérieur les glandes séricigènes

 

Kevlar : résine aramide utilisée sous forme de fibre dans certains matériaux composites (gilet pare-balles, voile en kevlar)

 

Glandes séricigènes : glandes qui produisent la sécrétion de la soie

 

Glycine : de glucine « oxyde de béryllium », du grec glukus « doux, sucré » ; est le plus simple des acides aminés constituants des protéines

 

Protéine :macromolécule organique azotée, de poids moléculaire élevé, qui donne par hydrolyse des acides aminés et entre pour une forte proportion dans la constitution des êtres vivants

 

 

La résilience : rapport de l’énergie cinétique absorbée nécessaire pour provoquer la rupture, elle caractérise le plus souvent la résistance au choc

 

La résistance : elle est calculée en fonction de la quantité d’énergie qu’une fibre peut absorber avant de se rompre et en fonction de la solidité et de l’élongation

 

Séricine : c’est une protéine qui entoure la partie centrale du fil de soie, elle est plus communément appelée grès

 

 

 

Bibliographie :

 

Barthélemy de Laffemas : économiste français (Beausemblant, Dauphiné1545, Paris 1612). Protestant anobli, premier valet d’Henri IV, il contribua au développement de la manufacture de luxe en France et fut nommé contrôleur général du commerce en 1602. Représentant de la doctrine mercantiliste en France, il a notamment rédigé un Règlement pour dresser les manufactures du royaume (1597).

 

Olivier de Serres : agronome français (Villeneuve-de-Berg en Ardèche 1539, Le Pradel près de Villeneuve-de-Berg 1619). De son domaine du Pradel, il fit une ferme modèle. Il y pratiqua l’assolement, cultiva la betterave, le maïs, le houblon, la garance et le riz. Appelé à Paris par Henri IV, il planta 20.000 mûriers blancs dans le jardin des Tuileries et écrivit à la demande du roi son Traité de la cueillette de la soie par la nourriture des vers qui la font (1599). En 1600, il produisit son œuvre majeure, le Théâtre d’agriculture et mesnage des champs.

 

 

 

 

 

 

FREDERIC DOAN TRAN, CHARLES PIZANO ET ALEXANDER KALDONEK