Les tissus fabriqués à partir de fibres de vers à soie ont longtemps été appréciés pour leur beau lustre et leur capacité rafraîchissante.
Les chercheurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Columbia ont découvert que les fibres produites par les chenilles d’une pyrale de soie sauvage, la mite de comète de Madagascar (Argema mittrei), sont de loin supérieures en termes de brillance et de capacité de refroidissement. Elles ont également des capacités exceptionnelles pour transmettre des signaux lumineux et des images.
Dirigée par Nanfang Yu, professeur agrégé de physique appliquée, l’équipe de chercheurs a caractérisé les propriétés optiques associées aux nanostructures unidimensionnelles qu’elle a trouvé dans les cocons de fibres des mites de comète. Les chercheurs ont ensuite développé une technique pour filer des fibres artificielles qui imitent les nanostructures et les propriétés optiques de ces fibres naturelles, en se basant sur le mécanisme de filage de la chenille de la comète.
Alors que les fibres individuelles produites par les vers à soie domestiques ressemblent à des cylindres solides et transparents sous un microscope optique, le fil individuel filé par les chenilles de la mite de la comète a une brillance hautement métallique. Les fibres de la mite de la comète contiennent une grande densité de vides d’air filamentaires à l’échelle nanométrique qui courent le long des fibres et provoquent une forte réflexion spéculaire (semblable à un miroir) de la lumière. De plus, la haute réflectivité des fibres de la mite de la comète s’étend bien au-delà de la plage visible dans le spectre infrarouge. Ceci, combiné à la capacité des fibres à absorber la lumière ultraviolette (UV), les rend idéales pour bloquer la lumière du soleil, qui contient des composants UV, visibles et infrarouges.
Les chercheurs ont atteint une densité de vides plusieurs fois supérieure à celle des fibres naturelles: une seule fibre bioinspirée est capable de refléter ~ 93% de la lumière solaire. Ils ont produit ces fibres bioinspirées en utilisant deux matériaux: un matériau naturel (soie régénérée, c’est-à-dire un précurseur liquide de fibres de soie) et un polymère synthétique (polyvinylidène difluorure). Alors que le premier est adapté aux applications nécessitant une biocompatibilité, ce dernier est adapté à une production à haut débit.
Ces fibres bioinspirées pourraient être utilisées pour fabriquer des vêtements d’été ultra-minces dotés de propriétés «rafraichissantes». Juste quelques couches de fibres pourraient permettre de fabriquer un textile totalement opaque . Pourtant, il ne deviendrait pas transparent lorsque le porteur transpirerait, ce qui est un problème commun avec les textiles conventionnels. Alors que la transpiration réduit l’opacité des tissus communs en réduisant le nombre d’interfaces fibre-air qui réfléchissent la lumière, elle n’affecterait pas les vides d’air nanométriques incorporés dans les fibres bioinspirées. De plus, des vêtements ultra-minces faits de fibres «poreuses» favoriseraient le refroidissement grâce à une combinaison d’évaporation de la sueur, d’écoulement d’air entre le micro nvironnement du corps humain et l’extérieur et de rayonnement de chaleur corporelle vers l’environnement externe.
Yu travaille actuellement à augmenter le rendement de production de telles fibres nanostructurées bioinspirées. Son laboratoire veut y parvenir avec des modifications minimes aux process de fabrication traditionnels.
Source: http://www.engineering.columbia.edu – 18/05/18
Credit: Norman Shi and Nanfang Yu/Columbia Engineering