Dans des recherches qui pourraient éclairer les futurs nanomatériaux haute efficiency, une équipe dirigée par l’Université du Michigan a découvert pour la première fois comment les mollusques construisent des buildings ultradurables avec un niveau de symétrie qui dépasse tout le reste du monde naturel, à l’exception des atomes individuels.



« Nous, les humains, avec tout notre accès à la technologie, ne pouvons pas créer quelque chose avec une architecture à l’échelle nanométrique aussi complexe qu’une perle », a déclaré Robert Hovden, professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux à l’UM et auteur de l’article. « Nous pouvons donc apprendre beaucoup en étudiant comment les perles passent du néant désordonné à cette framework remarquablement symétrique. »

L’analyse a été effectuée en collaboration avec des chercheurs de l’Université nationale australienne, du Laboratoire nationwide Lawrence Berkeley, de l’Université de Western Norway et de l’Université Cornell.



Publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences, l’étude a révélé que la symétrie d’une perle devient de in addition en moreover précise au fur et à mesure qu’elle se construit, répondant à des issues séculaires sur la façon dont le désordre en son centre devient une sorte de perfection.

Des couches de nacre, le composite organique-inorganique irisé et extrêmement durable qui compose également les coquilles d’huîtres et d’autres mollusques, s’appuient sur un éclat d’aragonite qui entoure un centre organique. Les couches, qui représentent additionally de 90 % du volume d’une perle, deviennent progressivement additionally minces et additionally étroitement assorties à mesure qu’elles s’étendent vers l’extérieur à partir du centre.

La découverte la additionally surprenante est peut-être que les mollusques maintiennent la symétrie de leurs perles en ajustant l’épaisseur de chaque couche de nacre. Si une couche est moreover épaisse, la suivante a tendance à être furthermore fine, et vice versa. La perle illustrée dans l’étude contient 2 615 couches de nacre finement assorties, déposées en 548 jours.

« Ces couches minces et lisses de nacre ressemblent un peu à des draps de lit, avec de la matière organique entre les deux », a déclaré Hovden. « Il y a une interaction entre chaque couche, et nous émettons l’hypothèse que cette conversation est ce qui permet au système de corriger au fur et à mesure. »

L’équipe a également découvert des détails sur le fonctionnement de l’interaction entre les couches. Une analyse mathématique des couches de la perle montre qu’elles suivent un phénomène connu sous le nom de « bruit 1/f », où une série d’événements qui semblent aléatoires sont connectés, chaque nouvel événement étant influencé par le précédent. Il a été démontré que le bruit 1/f régit une grande variété de processus naturels et anthropiques, notamment l’activité sismique, les marchés économiques, l’électricité, la physique et même la musique classique.

« Lorsque vous lancez des dés, par exemple, chaque lancer est complètement indépendant et déconnecté de tous les autres. Mais le bruit 1/f est différent en ce que chaque événement est lié », a déclaré Hovden. « Nous ne pouvons pas le prédire, mais nous pouvons voir une framework dans le chaos. Et au sein de cette framework se trouvent des mécanismes complexes qui permettent aux milliers de couches de nacre d’une perle de se fondre dans l’ordre et la précision. »

L’équipe a découvert que les perles manquent d’un véritable ordre à longue length – le genre de symétrie soigneusement planifiée qui maintient la cohérence des centaines de couches dans les bâtiments en briques. Au lieu de cela, les perles présentent un ordre à moyenne portée, maintenant la symétrie pour approximativement 20 couches à la fois. C’est suffisant pour maintenir la cohérence et la durabilité sur les milliers de couches qui composent une perle.

L’équipe a rassemblé ses observations en étudiant les perles Akoya « keshi », produites par l’huître Pinctada imbricata fucata près du littoral oriental de l’Australie. Ils ont sélectionné ces perles particulières, qui mesurent environ 50 millimètres de diamètre, car elles se forment naturellement, contrairement aux perles de tradition, qui ont un centre artificiel. Chaque perle a été coupée avec une scie à fil diamanté en sections mesurant trois à cinq millimètres de diamètre, puis polie et examinée au microscope électronique.

Hovden dit que les résultats de l’étude pourraient aider à informer les matériaux de prochaine génération avec une architecture nanométrique en couches avec précision.

« Lorsque nous construisons quelque chose comme un bâtiment en briques, nous pouvons construire périodiquement grâce à une planification, des mesures et des modèles minutieux », a-t-il déclaré. « Les mollusques peuvent obtenir des résultats similaires à l’échelle nanométrique en utilisant une stratégie différente. Nous avons donc beaucoup à apprendre d’eux, et cette connaissance pourrait nous aider à fabriquer des matériaux in addition solides et plus légers à l’avenir. »