propriétés chimiques et physiques

On a pu s’apercevoir depuis plusieurs années déjà que la toile d’araignée contenait des propriétés physiques et chimiques exceptionnelles, notamment sa grande résistance. C’est ce que nous allons étudier dans cette partie. Toutes ces caractéristiques ne sont valables que pour la soie qui sert à l’araignée de ligne de survie*, par exemple.

 

a) Tests chimiques : résistance aux acides et aux bases


Dans un premier temps, on pourrait parler de sa résistance aux acides. Pour ce faire, on a décidé d’immerger une petite pelote de fil de traîne dans de l’acide chlorhydrique de concentration 1mol.L-1 et de pH=1 (c’est-à-dire le plus acide possible). On pensait que la pelote se dissoudrait dans les quelques minutes après son immersion. Cependant, au bout de deux minutes, aucun changement n’est visible. On décide d’agiter la solution mais rien ne change. Après avoir plongé la pelote dans l’acide pendant plus d’une semaine, on n'observe  aucun changement d’état de la toile d’araignée. On peut donc en déduire, malgré le fait que l’expérience ne soit pas à cent pour cent fiable puisque la toile n’était pas pure, que la soie d’araignée résiste extrêmement bien à l’acide, et ce quelque soit le temps passé dans cette solution.

 

 

voici un bécher contenant de l'acide chlorhydrique ainsi qu'un bout de papier de pH de coloration rose (indiquant que c'est une solution acide)

 

Dans le même registre, on a voulu prouver sa résistance aux bases. On a donc mis une autre pelote de soie dans une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 2 mol. L-1 et de pH=14 (c’est-à-dire le plus basique possible). Comme précédemment, on pensait que la pelote disparaîtrait mais après cinq minutes, il n’y a toujours aucune réaction. Pareillement à l’acide, on la laisse tremper dans la base pendant une semaine. Cette fois-ci on note que la soie s’est complètement dissoute. On peut donc en déduire que le fil de traîne résiste aux solutions basiques mais pendant un temps limité contrairement à l’acide.

 En conclusion de cette partie, on peut dire que le pH n'influence pas la détérioration instantanée de la soie d’araignée.

  Testons maintenant ses caractéristiques physiques.

 

 

b) Caractéristiques physiques:

        *température de fusion:

L’unique expérience que nous avons réalisée en physique fut sa résistance à la chaleur. Les autres n’étaient pas réalisables en classe du fait de la finesse d’un seul fil de soie (impossible à obtenir à partir d’une toile).

Pour trouver sa température de fusion et tester sa résistance à la température, nous avons utilisé un BANC KÖFLER. C’est une plaque de fer sur laquelle on dépose le solide dont on veut déterminer la température de fusion. A côté est placée une graduation qui permet de déterminer une température précise. Avant l’expérience, on dépose un solide dont on connaît la température de fusion (228°C pour le nôtre. C’est une valeur haute car on a supposé que la soie ne se liquéfiait qu’à température élevée.) et on le déplace sur la plaque jusqu’à ce qu’il fonde. On règle alors le curseur sur la bonne température pour en avoir une plus précise pour notre solide. On place donc notre fil de soie sur la plaque en le faisant avancer lentement jusqu’à sa fonte. Mais arrivé à la fin de la plaque, c’est-à-dire à plus de 260°C, le fil n’a toujours pas fondu. En conclusion, on peut donc affirmer que le fil de soie d’araignée ne fond qu’à des températures très élevées.

 

Banc KÖFLER 

 

 

*Allongement


 Une autre des caractéristiques physiques incroyables de la soie est son allongement. En effet, la soie peut s’étirer d’au moins 31% et jusqu’à dix fois sa longueur initiale, cela dépend des soies. C’est cinq fois plus que l’acier et presque trois fois plus que la soie de vers à soie (bombyx).

 

COMPARAISON : on peut alors établir un tableau comparatif de l’allongement (en %) du fil d’araignée et d’autres fibres.

 

Matériau

Allongement à rupture en %


Soie d’araignée

   40

 

Soie du Bombyx Mori (ver à soie)

   15

 

Aramide / Kevlar 49

   2,9

 

Acier

   2-10

 

Verre E (filament industriel)

    3

 

 


Nous n'avons pas réalisé ce test à cause d'un manque de moyens ( matériel et soie, fils). Nous avons donc trouvé ce tableau dans un autre TPE qui à été corrigé par l'arachnologue que nous avons rencontré.

 

*Sa résistance aux masses

 

Un fil de soie d’araignée pourrait supporter une masse de 65 kg environ et la toile d’araignée  pourrait résister à des masses de plus de 45 tonnes par cm². Un kilogramme de soie peut arrêter un objet de 400 kg lancé à 100 km/h. En comparaison, 1 kg de Kevlar ne peut arrêter à la même vitesse qu’un objet d’une masse de 120 kg et l’acier lui 70 kg. Elle peut ainsi supporter une contrainte d’environ 1,15 GPa. 

Les meilleures performances mesurées avec de la soie d’araignée ont été une contrainte à rupture de 2,9 GPa et 180% d’allongement !

On peut aussi ajouter que la soie est cent fois plus dure que l’acier (alors qu’elle a une densité six fois moindre) et sept fois plus souple que le latex.

Si on accroche un objet au bout d’une ficelle et qu’on exerce une légère tension avant de lâcher, on remarque que l’objet tourne sur lui-même. On parle alors d’oscillations, c’est-à-dire un va et vient autour du point d’équilibre. Pourtant, lorsque l’araignée descend le long de son fil et donc applique une torsion sur ce dernier, elle n’oscille absolument pas. On peut donc en conclure que la soie d’araignée absorbe très vite les oscillations pour revenir à sa forme du début. Ce fil a donc une mémoire de forme : il peut retrouver sa position initiale après qu’il ait subi une déformation. La soie d’araignée est auto mémoire de forme puisqu’elle n’a besoin de rien pour retrouver son aspect originel. Cette propriété est unique au niveau des fibres, naturelles ou artificielles.

Le rapport masse/résistance de notre araignée de jardin (épeire) est de 7,8 g/denier* contre 8,7 g/denier pour le Nylon.

Cependant, l’eau et l’humidité ont une forte influence sur les propriétés physiques et mécaniques du fil de traîne. 

 

 c) anecdote :la soie de cocon de l’araignée

  Comme nous l’avons dit précédemment, l’araignée fabrique différents types de soie et selon leur utilisation, leurs propriétés physiques changent. Ainsi on peut remarquer que la soie qui sert pour faire le cocon va entourer les proies de l’araignée a une relation poids masse/résistance plus faible que celle de la soie servant à faire sa ligne de survie ; en effet elle n’est que 2.2g/denier. Par contre son élasticité est plus importante car elle est de 46%.



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