Imprégnées d’un mystère évolutif, les ailes des papillons constituent une fascinante démonstration de la chimie naturelle. Leur solidité et leur souplesse proviennent d’un polymère organique appelé chitine, que l’on retrouve également dans les carapaces de nombreux arthropodes.
Ce sont précisément ces propriétés qui ont inspiré les recherches du professeur associé Javier G. Fernandez et de son équipe à la Singapore University of Technology and Design (SUTD).
Le groupe de chercheurs a exploré la possibilité d’utiliser des polymères de chitine en tant que matériau durable pour les applications d’ingénierie. Leur étude, intitulée « Réorientation secondaire et forces hygroscopiques dans les biopolymères chitineux et leur utilisation dans l’actionnement passif et biochimique » publiée dans Advanced Materials Technologies, offre un aperçu des changements moléculaires des matériaux chitineux en réponse aux variations environnementales.
Le professeur Fernandez a commenté : « Nous avons démontré qu’après leur extraction de sources naturelles, les polymères de chitine conservent leur capacité naturelle à associer différentes forces, à organiser des molécules et à générer du mouvement mécanique et de l’électricité sans besoin d’une source d’énergie externe ou d’un système de contrôle ».
Cette caractéristique fait des polymères de chitine des matériaux intelligents biocompatibles et éco-énergétiques.
De l’urbain aux applications d’ingénierie
La chitine, le deuxième polymère organique le plus abondant dans la nature après la cellulose, est présente dans tous les écosystèmes. Elle peut être facilement et durablement obtenue à partir de divers organismes, et même à partir de déchets urbains, comme l’ont démontré les chercheurs de la SUTD.
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Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont extrait des polymères de chitine à partir de carapaces de crevettes rejetées pour créer des films d’environ 130,5 micromètres d’épaisseur. Ils ont observé que, à l’instar du déploiement des ailes de papillons, l’étirement des films de chitine réorganisait la structure cristalline du matériau.
Une bio-inspiration pour le futur de l’ingénierie
En réponse à des changements environnementaux, les films de chitine réorganisés ont montré une aptitude à se détendre et à se contracter de manière autonome, à l’instar de certains insectes adaptant leur carapace à différentes situations. Ce mécanisme leur a permis de soulever des objets pesant plus de 4,5 kilogrammes verticalement.
Le professeur Fernandez affirme que des matériaux comme la chitine jouent un rôle vital dans la transition vers un paradigme plus durable, qu’il qualifie d’âge des biomatériaux.
En synthèse
La chitine, un polymère organique abondant dans la nature, possède des propriétés uniques qui la rendent adaptée à une variété d’applications d’ingénierie. Les recherches du Professeur Fernandez à la SUTD montrent comment ce matériau peut être utilisé pour créer des matériaux intelligents éco-énergétiques et durables, ouvrant la voie à de nouvelles avancées dans le domaine de l’ingénierie et de la biomédecine.
Article : Secondary Reorientation and Hygroscopic Forces in Chitinous Biopolymers and Their Use for Passive and Biochemical Actuation. DOI : 10.1002/admt.202300639
