Sur l’armure anti morsure de piranhas de l’arapaïma

L’Arapaima gigas est un gros poisson dans un grand fleuve rempli de piranhas, mais cela ne veut pas dire qu’il est facile à croquer. Le géant d’eau douce a développé une armure d’écailles qui peuvent se déformer, mais qui ne se déchirent pas ou ne se fissurent pas, quand un piranha, qui a l’une des morsures les plus puissantes du règne animal, attaque. Des chercheurs de l’université de Californie à San Diego et de l’université de Californie à Berkeley décrivent les propriétés uniques de la peau de l’Arapaïma et son potentiel pour les matériaux artificiels dans une étude publiée cette semaine.

L’adaptation de l’Arapaïma résout naturellement un problème auquel les ingénieurs sont confrontés lorsqu’ils tentent de développer des armures synthétiques. Les écailles de l’Arapaïma ont une couche interne dure, mais flexible, liée par du collagène à sa couche externe minéralisée d’écailles. De même, les gilets pare-balles sont constitués de plusieurs couches de toile souple intercalées entre des couches de plastique dur. Mais les matériaux artificiels sont liés avec un troisième matériau adhésif, tandis que les écailles des poissons sont liées au niveau atomique, elles grandissent ensemble, se tricotant en un morceau solide.

Selon Robert Ritchie, auteur principal et spécialiste des matériaux à l’université de Berkeley :

Une fenêtre peut paraître forte et solide, mais elle n’a aucune valeur. Si quelque chose tentait de la percer, le verre se briserait. « Lorsque la nature lie un matériau dur à un matériau mou, elle le nivelle, évitant ainsi cet effet d’éclatement. Et dans ce cas, la structure de liaison est le collagène minéralisé.

D’autres poissons utilisent le collagène, mais les couches de collagène des écailles de l’Arapaïma sont plus épaisses que celles de toute autre espèce de poisson. Les écailles sont aussi épaisses qu’un grain de riz. Les coauteurs Yang, Quan, Meyers et Ritchie émettent l’hypothèse que cette épaisseur est le secret de la défense des poissons.

Comme pour l’image d’entête : Arapaima gigas en captivité. (kurga)

Ils l’ont testé en trempant des écailles d’Arapaïma craquelées dans l’eau pendant 48 heures, puis en séparant lentement les bords tout en ajoutant de la pression à un point central. Ainsi, ils ont observé que la partie minéralisée de la couche externe dure et minéralisée se dilatait, se fendait, puis se détachait graduellement. Les écailles ont ensuite circonscrit la fissure, la contenant et empêchant les dommages de se propager dans la couche de collagène structural en torsion. Si la pression s’échappait vers le collagène, elle déformait la couche au lieu de la casser.

A gauche : Six vues successives des étapes de fissuration de l’écaille des poissons Arapaima pendant les essais. A droite : La fissuration provoque la séparation de la couche minéralisée, tandis que la couche de collagène empêche d’autres dommages dus à l’étirement, à la rotation et au délaminage. (laboratoire Meyers)

A partir de l’étude : l’extension d’une fissure créée artificiellement sur une écaille pendant un test de résistance :

 

A partir de l’étude : les différents mécanismes de déformation plastique qui retardent la propagation des fissures dans les écailles humides des poissons Arapaïma :

Si les humains peuvent développer une structure hiérarchisée flexible qui se comporte comme la couche de collagène dans les écailles des poissons, Ritchie dit qu’on peut fabriquer de meilleures armures synthétiques, potentiellement imperméables. Mais il reconnaît également que cette réalité pourrait se concrétiser dans quelques années.

D’ici là, l’équipe de Ritchie étudiera comment les écailles de l’Arapaïma se sont adaptées pour empêcher la pénétration des morsures de piranhas et comment la nature se comporte ainsi chez les autres espèces.

L’étude publiée dans Matter : Arapaima Fish Scale: One of the Toughest Flexible Biological Materials et présentée sur le site de l’université de Californie à San Diego : Piranha-Proof Fish Scales Offer Inspiration for Better Armor.