Aujourd'hui, de nombreux scientifiques étudient la structure des matériaux naturels et les utilisent en tant que modèles pour leurs propres recherches, car ces structures possèdent des propriétés telles que la force, la luminosité et l'élasticité. Par exemple, la coquille interne des ormeaux est deux fois plus résistante que n'importe quelle céramique produite par la technologie. La toile d'araignée est cinq fois plus résistante que l'acier, et l'adhésif utilisé par les moules pour s'accrocher aux rochers conserve ses propriétés même sous l'eau.16
Gulgun Akbaba, membre du groupe de recherche et du magazine turc Bilim ve Teknik parle des caractéristiques supérieures des matériaux naturels et de la manière dont nous pouvons les utiliser :
Les matériaux traditionnels tels que le verre et la céramique sont de moins en moins adaptés aux technologies qui s'améliorent de jour en jour. Les scientifiques tentent [à présent] de résoudre ce problème. Les secrets de la structure architecturale de la nature commencent lentement à être révélés… De la même façon que la coquille de moule peut se réparer elle-même ou qu’un requin blessé peut soigner ses blessures, les matériaux utilisés par la technologie seront également capables de se renouveler.
Ces matériaux plus solides, plus résistants et qui possèdent des propriétés physiques, mécaniques, chimiques et électromagnétiques supérieures, sont également légers et capables de supporter les très hautes températures utilisées par les fusées, engins spatiaux et satellites de recherche lorsqu’ils quittent et entrent dans l’atmosphère. Les travaux réalisés sur les avions de transport supersoniques pour les trajets intercontinentaux montrent que ceux-ci nécessitent également des matériaux à la fois légers et capables de résister à la chaleur. Dans le domaine médical, la création d’os artificiels requiert des matériaux à la fois spongieux et solides, et des tissus aussi similaires que possible de ceux présents dans la nature.17
Afin de produire de la céramique, abondamment utilisée dans la construction et les équipements électriques par exemple, des températures supérieures à 1.000 / 1.500°C sont nécessaires.
Les différents types de céramique qui existent dans la nature ne nécessitent pas d’avoir recours à de telles températures. Une moule, par exemple, construit sa coquille de manière parfaite à seulement 4°C. Cet exemple de créations naturelles stupéfiantes a attiré l’attention du scientifique turc Ilhan Aksay qui s’est interrogé sur la façon dont nous pouvions produire une céramique de meilleure qualité, plus résistante, plus utile et plus fonctionnelle.
En examinant l’intérieur des coquilles de plusieurs crustacés, Aksay remarqua les propriétés extraordinaires de la coquille des ormeaux. Après un agrandissement au 300.000 au microscope, la coquille ressemblait à un mur de briques constitué de couches de carbonate de calcium et de couches de protéines. Malgré la nature fragile du carbonate de calcium, la coquille était d’une résistance extrême en raison de sa structure laminée et moins fragile que les céramiques réalisées par l’homme. Aksay se rendit compte que cette superposition de couches empêchait la propagation des fissures, de la même façon qu’une corde tressée résiste lorsqu’un de ses files se casse.18
A partir d’un tel exemple, Aksay développa des composites en céramique très solides et très résistants. Après avoir subi des tests dans de nombreux laboratoires de l’armée américaine, un composite à base d’aluminium et de carbure de bore qu’il aida à développer fut utilisé dans le blindage des tanks !19
Afin de produire des matériaux biomimétiques, les scientifiques mènent actuellement des recherches à l’échelle microscopique. Le professeur Aksay indique par exemple que les matériaux de type biocéramique présents dans les os et les dents sont crées à température corporelle à l’aide d’une combinaison de matériaux organiques tels que les protéines et sont dotés de propriétés largement supérieures à celles des céramiques réalisées par l’homme. Encouragées par les thèses d’Aksay qui démontrent que les propriétés supérieures des matériaux naturels proviennent de liaisons réalisées à une échelle nanométrique (un millionième de millimètre), de nombreuses sociétés productrices d’outils microscopiques ont utilisé des matériaux d’inspiration "bio", autrement dit des substances artificielles qui s’inspirent de substances biologiques.20
Beaucoup trop de produits industriels et de produits dérivés, fabriqués à haute pression et à température élevée, contiennent des produits chimiques dangereux. La nature au contraire produit des substances similaires sans utiliser de produits toxiques - dans des solutions aqueuses, par exemple, et à température ambiante, ce qui représente un avantage considérable pour les consommateurs et scientifiques.21
Les producteurs de diamants synthétiques, les créateurs d’alliages métalliques, les scientifiques spécialisés dans les polymères, les experts en fibre optique, les producteurs de céramique et les développeurs de semi-conducteurs trouvent pratique l’utilisation du biomimétisme. Les matériaux naturels qui peuvent répondre à tous leurs besoins, offrent également de nombreuses variantes. Ainsi les experts qui travaillent dans différents domaines – depuis le gilet pare-balles aux turboréacteurs – imitent les modèles originaux présents dans la nature en reproduisant leurs propriétés exceptionnelles grâce à des procédés artificiels.
Les matériaux crées par l’homme finissent inévitablement par se briser ou se casser. Ceux-ci doivent alors être remplacés, réparés ou recollés. Mais, certains matériaux présents dans la nature tels que la coquille de moule peuvent se réparer seuls. Récemment les scientifiques ont commencé à développer des substances telles que les polymères et les poly-cyclâtes qui ont la particularité de pouvoir se renouveler.22 Dans cette quête de développement de matériaux capables de se renouveler automatiquement, la corne de rhinocéros fut un des éléments naturels de référence. Au 21ème siècle, de telles recherches vont constituer le point de départ des études scientifiques sur les matériaux.
Composites
La plupart des matériaux naturels sont des composites qui sont des matériaux solides résultants de la combinaison de deux substances ou plus qui vont former une nouvelle substance ayant des propriétés supérieures à celles de l’élément d’origine.23
Le composite artificiel connu sous le nom de fibre de verre est utilisé dans la fabrication des coques de bateaux, des cannes à pêche et des matériaux d’équipements sportifs tels que les arcs et les flèches. La fibre de verre est fabriquée en mélangeant de fines fibres de verre avec un polymère plastique sous forme de gelée. A mesure que le polymère se durcit, le composite qui se crée devient léger, résistant et flexible. Le fait de modifier les fibres ou le polymère utilisés dans ce mélange change également les propriétés du composite.24
Les composites constitués de graphites et fibres de carbone font partie des dix découvertes les plus ingénieuses de ces 25 dernières années. Grâce à eux, les matériaux composites de structure légère sont conçus pour de nouveaux modèles d’avions, des éléments d’engins spatiaux, des équipements sportifs, des voitures de course et des yachts. Cependant, jusqu’à présent les composites fabriqués par l’homme sont beaucoup plus sommaires et fragiles que ceux produits par la nature.
Comme toutes les structures extraordinaires et les systèmes présents dans la nature, les composites que nous venons brièvement d’évoquer sont un exemple de l’extraordinaire art créatif d’Allah. De nombreux versets du Coran attirent l’attention sur la nature unique et la perfection de cette création. Allah révèle les innombrables bénédictions offertes à l’humanité grâce à Son incomparable création :
Et si vous comptez les bienfaits d'Allah, vous ne saurez pas les dénombrer. Car Allah est pardonneur, et miséricordieux. (Sourate an-Nahl, 18)
La peau de crocodile et la fibre de verre
La fibre de verre qui a commencé à être utilisée au 20ème siècle existe chez les créatures vivantes depuis la nuit des temps. La peau de crocodile, par exemple, est presque de la même structure que la fibre de verre.
Jusqu'à très récemment, les scientifiques étaient déconcertés face à la question de savoir pourquoi la peau de crocodile résistait aux flèches, aux couteaux, et parfois même aux balles. Des recherches ont abouti à des résultats surprenants : la substance qui donne à la peau de crocodile sa résistance si caractéristique est la fibre protéinique de collagène qu'elle contient. Ces fibres ont la particularité de renforcer le tissu auquel elles s'ajoutent. Il n’y a aucun doute que les caractéristiques si particulières du collagène ne résultent pas d'un long et hasardeux processus, comme les partisans de la théorie de l'évolution voudraient nous le faire croire. Au contraire, il apparaît parfait et complet avec toutes ses propriétés, dès les premiers moments de sa création.
La technologie des câbles d’acier dans les muscles
Un autre exemple de composites naturels n’est autre que les tendons. Ces tissus qui relient les muscles aux os ont une structure très ferme et pliable grâce aux fibres de collagène qui les constituent. Une autre caractéristique typique des tendons est la façon dont les fibres sont tissées ensemble.
Janine Benyus est professeur membre de l'America’s Rutgers University. Dans son livre Biomimicry, elle indique notamment que les tendons de nos muscles se construisent selon une méthode précise :
Le tendon de notre avant-bras est constitué d'un ensemble de cordons vrillés semblables aux câbles dans les suspensions de ponts. Chaque cordon est composé d'un ensemble de cordons plus fins également vrillés. Chaque cordon est composé d’un agencement complexe de molécules constituées d’un groupement complexe d’atomes. Encore et encore, une beauté mathématique se révèle, un kaléidoscope fractal du brio de l'ingénierie.25
Les câbles d'acier utilisés aujourd'hui dans les suspensions de ponts s'inspirent de la structure des tendons du corps humain. La composition unique de nos tendons est une des nombreuses preuves de la supériorité des créations d’Allah et de Son savoir infini.
Les multiples utilisations du blanc de baleine
La couche de graisse qui recouvre le corps des dauphins et des baleines est un système de flottabilité qui permet aux baleines de remonter à la surface pour respirer. Elle protège également ces mammifères à sang chaud des eaux froides des profondeurs océaniques. L’autre propriété du blanc des baleines est qu’une fois métabolisé, il produit deux à trois fois plus d'énergie que les glucides ou les protéines. Lorsque les baleines, qui ne s’alimentent pas durant leur migration de plusieurs milliers de kilomètres, ont des difficultés à trouver de la nourriture, elles obtiennent l'énergie dont elles ont besoin à partir de ces lipides qu'elles transportent dans leur corps.
En outre, le blanc de baleine est un matériau très flexible et caoutchouteux. Chaque fois que la baleine frappe sa queue sur l’eau, la structure élastique du blanc de baleine est comprimée puis étirée. La baleine peut ainsi augmenter sa vitesse de façon considérable et économiser au moins 20% de son énergie lors d’un parcours. Toutes ces caractéristiques font du blanc de baleine une substance aux fonctions et aux utilisations multiples.
Les baleines possèdent cette couche de lipides depuis des milliers d’années et nous venons à peine de découvrir que celle-ci était constituée d’un ensemble de mailles complexes faites de fibres de collagène. Les scientifiques s’efforcent de comprendre les fonctions de ce mélange de composites graisseux. Ils le considèrent comme une source de nombreuses applications utiles si on parvenait à le synthétiser.
La structure de la nacre limite les dégâts
La structure de la nacre présente dans les couches internes des coquilles de mollusques a été imitée dans le développement de matériaux utilisés pour l'élaboration des pales des turboréacteurs. La nacre constituée à 95% de craie, est, grâce à sa structure composite, 3.000 fois plus résistante que la craie. En examinant la nacre au microscope on peut apercevoir des plaquettes microscopiques larges de 8 micromètres et épaisses de 0,5 micromètres, assemblées en couches (1 micromètre = 10-6 mètre). Ces plaquettes sont composées d'une forme cristalline de carbonate de calcium et peuvent être reliées grâce à une protéine de soie collante.27
Cette combinaison offre une double résistance. Premièrement, lorsqu’on soumet la nacre à une lourde charge, chaque fissure qui se forme commence à se répandre avant de changer de direction lorsqu’elle tente de passer à travers les couches de protéines. Cela permet de répartir la force de la charge soumise et d’éviter ainsi la formation des fissures. Deuxièmement, à chaque fois qu’une fissure se forme, les couches protéiniques s'étirent en filaments à travers la fracture absorbant ainsi l'énergie qui permettrait aux fissures de s'étendre.28
La structure de la nacre qui permet de limiter les dégâts est devenue un sujet d'étude pour de nombreux scientifiques. Le fait que la résistance de certains matériaux naturels soit issue de telles méthodes logiques et rationnelles indique indéniablement la présence d’une intelligence supérieure. Comme le montre cet exemple, Allah révèle clairement l’évidence de Son existence et la supériorité du pouvoir de Sa création grâce à Sa connaissance et à Sa sagesse infinies. Comme Il le dit dans ce verset :
A Lui appartient ce qui est dans les cieux et sur la terre. Allah est le Seul qui Se suffit à Lui-même et qui est le Digne de louange ! (Sourate al-Hajj, 64)
La résistance du bois provient de sa constitution
Les composites végétaux, contrairement aux autres éléments des êtres vivants, comportent plus de fibres cellulaires que de collagène. La structure résistante du bois provient de cette production de cellulose - un matériau solide qui ne se dissout pas dans l'eau. C'est grâce à cette particularité que le bois est si versatile pour la construction. La cellulose permet en effet aux charpentes de bois de résister pendant des centaines d'années. Décrite comme supportant des tensions de manière incomparable, la cellulose est bien plus utilisée que n'importe quel autre matériau pour la construction de ponts, de meubles, etc.
Grâce à sa capacité à absorber l'énergie libérée lors d’impacts effectués à faible vitesse, le bois permet de diminuer efficacement les dégradations produites à un endroit précis. On peut réduire les dommages en particulier quand l'impact a lieu à angle droit en direction de la fibre. Des recherches ont montré que les différents types de bois offraient différents niveaux de résistance. La densité est l’une des raisons, puisqu'un bois plus dense absorbe plus d'énergie lors de l'impact. Le nombre de vaisseaux dans le bois, leur taille et leur répartition constituent également un élément crucial dans la réduction de la déformation due à l'impact.29
L'avion Mosquito utilisé durant la Seconde Guerre Mondiale, et qui a montré la plus grande résistance aux destructions jusqu’à aujourd’hui, fut construit en ajoutant des couches très denses de contreplaqué lamellé de bois balsa et de bouleau. La résistance du bois en fait l'un des matériaux les plus fiables qui soit. L’entaille qui se forme lorsque celui-ci se brise, se produit si lentement qu’on peut même l'observer à l'œil nu, ce qui permet de prendre les précautions nécessaires à temps.30
Le bois est constitué de colonnes parallèles composées de longues cellules creuses placées bout à bout et entourées de spirales en fibres de cellulose. En outre, ces cellules sont enserrées dans une structure polymère complexe constituée de résine. Enroulées en spirale, ces couches représentent 80% de l'épaisseur total du mur de cellules et pratiquement la totalité du poids. Quand une cellule de bois se replie sur elle-même, elle absorbe l'énergie de l'impact en se séparant des autres cellules environnantes. Même si la fissure continue de se répandre à travers les fibres, le bois reste inchangé. Même brisé, le bois est assez résistant pour supporter une charge importante.
Les matériaux conçus en imitant le bois sont 50 fois plus stables que tout autre matériau synthétique utilisé aujourd'hui.31 Le bois est imité actuellement dans les matériaux utilisés pour la protection contre les particules à grande vitesse, par exemple lors d'impacts dus aux obus, aux bombes ou aux balles.
Comme le montrent ces exemples, les substances naturelles ont une composition issue d’une intelligence supérieure. La structure et la résistance de la nacre et du bois ne sont pas dues au hasard. Ces matériaux ont été créés selon un plan conscient et évident. Chaque détail de leur parfaite structure - de la finesse de leurs couches à la densité et à la quantité de leurs vaisseaux - a été soigneusement étudié puis créé pour aboutir à ce degré de résistance. Dans ce verset, Allah révèle qu'Il est à l'origine de tout ce qui nous entoure :
C'est à Allah qu'appartient tout ce qui est dans les cieux et sur la terre. Et Allah embrasse toute chose (de Sa science et de Sa puissance). (Sourate an-Nisa, 126)
La soie d'araignée est plus résistante que l'acier
De nombreux insectes - papillons et papillons de nuit, par exemple - produisent de la soie, bien que les différences entre ces matières et la soie d'araignée soient considérables.
Selon les scientifiques, la toile d'araignée constitue l'un des matériaux les plus résistants qui existent. Si nous établissions une liste de toutes les propriétés de la toile d'araignée, celle-ci ferait des pages. Nous ne mentionnerons que quelques caractéristiques concernant la soie d'araignée :32
· La toile de soie fabriquée par les araignées qui mesure seulement un millième de millimètre d’épaisseur, est cinq fois plus résistante qu’un acier de même épaisseur.
· Elle peut être étirée jusqu’à cinq fois sa taille d’origine.
· Elle est également si légère qu’une toile assez grande pour faire le tour de la terre ne pèserait que 320 grammes.
Il est possible de retrouver ces caractéristiques dans d'autres matériaux, mais il est rare de les retrouver combinées dans un même matériau à la fois résistant et élastique. En effet, les câbles d'acier résistants ne sont pas aussi élastiques que le caoutchouc et risquent de se déformer avec le temps. Au contraire, les cordons en caoutchouc qui ne se déforment pas facilement ne sont pas suffisamment résistants pour supporter de lourdes charges.
Comment la toile tissée par une créature aussi minuscule peut-elle posséder des propriétés supérieures au caoutchouc et à l'acier, produits de l'accumulation des connaissances humaines depuis des siècles.
Les qualités supérieures de la soie d'araignée proviennent de sa structure chimique. Ce matériau brut est constitué d’une protéine appelée kératine sous forme de chaîne hélicoïdale d'acides aminés reliés les uns aux autres. La kératine est présente dans de nombreux éléments naturels tels que les cheveux, les ongles, les plumes et la peau. La kératine leur apporte sa caractéristique principale : la haute protection. En outre, le fait que la kératine soit constituée d'acides aminés reliés par des liaisons faibles d'hydrogène la rend très élastique, comme le décrit le magazine américain Science News : "A l'échelle humaine, une toile pareille à un filet à poissons pourrait attraper un avion de transport de passagers."33
Sur la partie inférieure de l'abdomen de l'araignée se trouvent trois paires de filières. Chacune d’elles est surmontée de nombreux tubes en formes de cheveux appelés fibrilles qui mènent à des glandes de soie situées à l'intérieur de l'abdomen et qui produisent un type de soie différent. Leur association résulte en une production variée de toile de soie. A l'intérieur de l'abdomen de l'araignée des pompes, valves et systèmes de pression aux propriétés avancées sont utilisés pour fabriquer la soie qui est ensuite acheminée à l'aide des fibrilles.34
Plus important encore, l'araignée peut modifier à sa guise la pression à l'intérieur des fibrilles, ce qui a pour effet de bouleverser la structure moléculaire de la kératine. Les mécanismes de contrôle des valves, du diamètre, de la résistance et de l'élasticité de la toile peuvent être modifiés, permettant à l'araignée d'obtenir le type de toile désirée sans altérer sa composition chimique. Si elle souhaite obtenir des modifications plus substantielles du type de soie, l'araignée fait appel à d'autres types de glandes. Finalement, grâce à l'utilisation de ses pattes arrières, l'araignée peut disposer la toile comme elle le souhaite.
Si nous parvenons à reproduire ce miracle chimique, nous pourrons élaborer de nombreux matériaux tels que des ceintures de sécurité qui disposent de l'élasticité nécessaire, des sutures chirurgicales résistantes qui ne laissent pas de cicatrices, des vêtements pare-balles. En outre, cette production ne nécessite pas l'utilisation de substances nocives ou dangereuses.
La soie d'araignée possède des caractéristiques absolument remarquables. Grâce à ce pouvoir de résistance face à la tension, il faut dix fois plus d'énergie pour rompre une toile d’araignée que tout autre matériau biologique similaire.35
Il faut beaucoup plus d'énergie pour rompre un morceau de soie d'araignée que pour briser une toile de nylon. La principale raison pour laquelle les araignées sont capables de produire une soie si résistante est due au fait que celles-ci réussissent à ajouter des composants de façon homogène en contrôlant la cristallisation et l'assemblage des éléments de base de la protéine. Vu que le système de tissage est composé de cristal liquide, les araignées ne dépensent que très peu d'énergie pour fabriquer la soie.
La toile produite par les araignées est beaucoup plus résistante que les fibres naturelles ou synthétiques connues. Mais la soie qu'elles produisent ne peut pas être utilisée directement, comme peut l'être la soie fabriquée par d'autres insectes. Par conséquent, la seule alternative qui existe aujourd'hui est la production artificielle.
Les chercheurs entreprennent actuellement de vastes études sur les méthodes de fabrication de la soie par les araignées. Le docteur Frits Vollrath, un zoologiste de l'Université d'Aarhus au Danemark, a étudié l'araignée de jardin Araneus disematus et a réussi à découvrir en grande partie son mode de fabrication de la soie. Il a découvert que les araignées de jardin durcissent leur soie en l'acidifiant. Il examina plus précisément le conduit à travers lequel la soie passe avant d'être extraite du corps de l'araignée. Avant de pénétrer dans le conduit, la soie est constituée de protéines liquides. Dans le conduit, des cellules spécifiques semblent retirer l'eau de ces protéines de soie. Les atomes d'hydrogène ainsi retirés sont redirigés vers une autre partie du conduit, créant ainsi un bain d'acide. Tandis que les protéines de soie entrent en contact avec l'acide, elles s'assemblent et forment des ponts entre elles, durcissant ainsi la soie, qui est "plus résistante et plus élastique que le kevlar… La fibre la plus solide produite par l'homme", comme le précise Vollrath.36
Le kevlar, un matériau renforcé utilisé dans la fabrication des gilets pare-balles et des pneus, et réalisé grâce à une technologie très avancée, est l'élément synthétique le plus résistant. Cependant la toile d'araignée possède des propriétés largement supérieures à celles du kevlar. Tout en étant particulièrement résistante, la soie d'araignée peut être transformée et réutilisée par l'araignée.
Si les scientifiques réussissaient à reproduire les processus qui se déroulent à l'intérieur du corps de l'araignée - si l'assemblage des protéines pouvait être réalisé à la perfection et si on pouvait ajouter l'information génétique du matériau de tissage, on pourrait alors industrialiser la production de toile de soie avec toutes ses caractéristiques si spécifiques. Il est donc généralement admis que si on parvenait à comprendre dans son intégralité le processus de tissage de la toile d'araignée, on réussirait à améliorer de façon considérable notre fabrication des matériaux et des textiles.
Cette toile, que les scientifiques étudient conjointement, est produite de manière parfaite par l'araignée depuis plus de 380 millions d'années.37 C'est sans aucun doute la preuve de la perfection des œuvres réalisées par Allah. Il n'y a aucun doute sur le fait que tous ces phénomènes extraordinaires sont placés sous Son contrôle et réalisés selon Sa volonté. Comme mentionné dans ce verset :
… Il n'y pas d'être vivant qu'Il ne tienne par son toupet… (Sourate Hud, 56)
Les mécanismes naturels de production de la soie
sont plus performants que n'importe quelle machine
Les araignées produisent des soies aux caractéristiques distinctes pour des utilisations différentes. L'araignée Diatematus, par exemple, peut utiliser ses glandes de soie pour produire différents types de soie - de la même manière que les techniques de production utilisées par les machines de fabrication des textiles modernes. Cependant la taille gigantesque de ces machines ne peut être comparé avec les quelques millimètres cubes des organes producteurs de soie de l'araignée. Une autre caractéristique de la qualité de cette soie est la façon dont l'araignée peut la recycler, pour produire une nouvelle toile en consommant sa toile endommagée.
Gulgun Akbaba, membre du groupe de recherche et du magazine turc Bilim ve Teknik parle des caractéristiques supérieures des matériaux naturels et de la manière dont nous pouvons les utiliser :
Les matériaux traditionnels tels que le verre et la céramique sont de moins en moins adaptés aux technologies qui s'améliorent de jour en jour. Les scientifiques tentent [à présent] de résoudre ce problème. Les secrets de la structure architecturale de la nature commencent lentement à être révélés… De la même façon que la coquille de moule peut se réparer elle-même ou qu’un requin blessé peut soigner ses blessures, les matériaux utilisés par la technologie seront également capables de se renouveler.
Ces matériaux plus solides, plus résistants et qui possèdent des propriétés physiques, mécaniques, chimiques et électromagnétiques supérieures, sont également légers et capables de supporter les très hautes températures utilisées par les fusées, engins spatiaux et satellites de recherche lorsqu’ils quittent et entrent dans l’atmosphère. Les travaux réalisés sur les avions de transport supersoniques pour les trajets intercontinentaux montrent que ceux-ci nécessitent également des matériaux à la fois légers et capables de résister à la chaleur. Dans le domaine médical, la création d’os artificiels requiert des matériaux à la fois spongieux et solides, et des tissus aussi similaires que possible de ceux présents dans la nature.17
Afin de produire de la céramique, abondamment utilisée dans la construction et les équipements électriques par exemple, des températures supérieures à 1.000 / 1.500°C sont nécessaires.
Les différents types de céramique qui existent dans la nature ne nécessitent pas d’avoir recours à de telles températures. Une moule, par exemple, construit sa coquille de manière parfaite à seulement 4°C. Cet exemple de créations naturelles stupéfiantes a attiré l’attention du scientifique turc Ilhan Aksay qui s’est interrogé sur la façon dont nous pouvions produire une céramique de meilleure qualité, plus résistante, plus utile et plus fonctionnelle.
En examinant l’intérieur des coquilles de plusieurs crustacés, Aksay remarqua les propriétés extraordinaires de la coquille des ormeaux. Après un agrandissement au 300.000 au microscope, la coquille ressemblait à un mur de briques constitué de couches de carbonate de calcium et de couches de protéines. Malgré la nature fragile du carbonate de calcium, la coquille était d’une résistance extrême en raison de sa structure laminée et moins fragile que les céramiques réalisées par l’homme. Aksay se rendit compte que cette superposition de couches empêchait la propagation des fissures, de la même façon qu’une corde tressée résiste lorsqu’un de ses files se casse.18
A partir d’un tel exemple, Aksay développa des composites en céramique très solides et très résistants. Après avoir subi des tests dans de nombreux laboratoires de l’armée américaine, un composite à base d’aluminium et de carbure de bore qu’il aida à développer fut utilisé dans le blindage des tanks !19
Afin de produire des matériaux biomimétiques, les scientifiques mènent actuellement des recherches à l’échelle microscopique. Le professeur Aksay indique par exemple que les matériaux de type biocéramique présents dans les os et les dents sont crées à température corporelle à l’aide d’une combinaison de matériaux organiques tels que les protéines et sont dotés de propriétés largement supérieures à celles des céramiques réalisées par l’homme. Encouragées par les thèses d’Aksay qui démontrent que les propriétés supérieures des matériaux naturels proviennent de liaisons réalisées à une échelle nanométrique (un millionième de millimètre), de nombreuses sociétés productrices d’outils microscopiques ont utilisé des matériaux d’inspiration "bio", autrement dit des substances artificielles qui s’inspirent de substances biologiques.20
Beaucoup trop de produits industriels et de produits dérivés, fabriqués à haute pression et à température élevée, contiennent des produits chimiques dangereux. La nature au contraire produit des substances similaires sans utiliser de produits toxiques - dans des solutions aqueuses, par exemple, et à température ambiante, ce qui représente un avantage considérable pour les consommateurs et scientifiques.21
Les producteurs de diamants synthétiques, les créateurs d’alliages métalliques, les scientifiques spécialisés dans les polymères, les experts en fibre optique, les producteurs de céramique et les développeurs de semi-conducteurs trouvent pratique l’utilisation du biomimétisme. Les matériaux naturels qui peuvent répondre à tous leurs besoins, offrent également de nombreuses variantes. Ainsi les experts qui travaillent dans différents domaines – depuis le gilet pare-balles aux turboréacteurs – imitent les modèles originaux présents dans la nature en reproduisant leurs propriétés exceptionnelles grâce à des procédés artificiels.
Les matériaux crées par l’homme finissent inévitablement par se briser ou se casser. Ceux-ci doivent alors être remplacés, réparés ou recollés. Mais, certains matériaux présents dans la nature tels que la coquille de moule peuvent se réparer seuls. Récemment les scientifiques ont commencé à développer des substances telles que les polymères et les poly-cyclâtes qui ont la particularité de pouvoir se renouveler.22 Dans cette quête de développement de matériaux capables de se renouveler automatiquement, la corne de rhinocéros fut un des éléments naturels de référence. Au 21ème siècle, de telles recherches vont constituer le point de départ des études scientifiques sur les matériaux.
Composites
La plupart des matériaux naturels sont des composites qui sont des matériaux solides résultants de la combinaison de deux substances ou plus qui vont former une nouvelle substance ayant des propriétés supérieures à celles de l’élément d’origine.23
Le composite artificiel connu sous le nom de fibre de verre est utilisé dans la fabrication des coques de bateaux, des cannes à pêche et des matériaux d’équipements sportifs tels que les arcs et les flèches. La fibre de verre est fabriquée en mélangeant de fines fibres de verre avec un polymère plastique sous forme de gelée. A mesure que le polymère se durcit, le composite qui se crée devient léger, résistant et flexible. Le fait de modifier les fibres ou le polymère utilisés dans ce mélange change également les propriétés du composite.24
Les composites constitués de graphites et fibres de carbone font partie des dix découvertes les plus ingénieuses de ces 25 dernières années. Grâce à eux, les matériaux composites de structure légère sont conçus pour de nouveaux modèles d’avions, des éléments d’engins spatiaux, des équipements sportifs, des voitures de course et des yachts. Cependant, jusqu’à présent les composites fabriqués par l’homme sont beaucoup plus sommaires et fragiles que ceux produits par la nature.
Comme toutes les structures extraordinaires et les systèmes présents dans la nature, les composites que nous venons brièvement d’évoquer sont un exemple de l’extraordinaire art créatif d’Allah. De nombreux versets du Coran attirent l’attention sur la nature unique et la perfection de cette création. Allah révèle les innombrables bénédictions offertes à l’humanité grâce à Son incomparable création :
Et si vous comptez les bienfaits d'Allah, vous ne saurez pas les dénombrer. Car Allah est pardonneur, et miséricordieux. (Sourate an-Nahl, 18)
La peau de crocodile et la fibre de verre
La fibre de verre qui a commencé à être utilisée au 20ème siècle existe chez les créatures vivantes depuis la nuit des temps. La peau de crocodile, par exemple, est presque de la même structure que la fibre de verre.
Jusqu'à très récemment, les scientifiques étaient déconcertés face à la question de savoir pourquoi la peau de crocodile résistait aux flèches, aux couteaux, et parfois même aux balles. Des recherches ont abouti à des résultats surprenants : la substance qui donne à la peau de crocodile sa résistance si caractéristique est la fibre protéinique de collagène qu'elle contient. Ces fibres ont la particularité de renforcer le tissu auquel elles s'ajoutent. Il n’y a aucun doute que les caractéristiques si particulières du collagène ne résultent pas d'un long et hasardeux processus, comme les partisans de la théorie de l'évolution voudraient nous le faire croire. Au contraire, il apparaît parfait et complet avec toutes ses propriétés, dès les premiers moments de sa création.
La technologie des câbles d’acier dans les muscles
Un autre exemple de composites naturels n’est autre que les tendons. Ces tissus qui relient les muscles aux os ont une structure très ferme et pliable grâce aux fibres de collagène qui les constituent. Une autre caractéristique typique des tendons est la façon dont les fibres sont tissées ensemble.
Janine Benyus est professeur membre de l'America’s Rutgers University. Dans son livre Biomimicry, elle indique notamment que les tendons de nos muscles se construisent selon une méthode précise :
Le tendon de notre avant-bras est constitué d'un ensemble de cordons vrillés semblables aux câbles dans les suspensions de ponts. Chaque cordon est composé d'un ensemble de cordons plus fins également vrillés. Chaque cordon est composé d’un agencement complexe de molécules constituées d’un groupement complexe d’atomes. Encore et encore, une beauté mathématique se révèle, un kaléidoscope fractal du brio de l'ingénierie.25
Les câbles d'acier utilisés aujourd'hui dans les suspensions de ponts s'inspirent de la structure des tendons du corps humain. La composition unique de nos tendons est une des nombreuses preuves de la supériorité des créations d’Allah et de Son savoir infini.
Les multiples utilisations du blanc de baleine
La couche de graisse qui recouvre le corps des dauphins et des baleines est un système de flottabilité qui permet aux baleines de remonter à la surface pour respirer. Elle protège également ces mammifères à sang chaud des eaux froides des profondeurs océaniques. L’autre propriété du blanc des baleines est qu’une fois métabolisé, il produit deux à trois fois plus d'énergie que les glucides ou les protéines. Lorsque les baleines, qui ne s’alimentent pas durant leur migration de plusieurs milliers de kilomètres, ont des difficultés à trouver de la nourriture, elles obtiennent l'énergie dont elles ont besoin à partir de ces lipides qu'elles transportent dans leur corps.
En outre, le blanc de baleine est un matériau très flexible et caoutchouteux. Chaque fois que la baleine frappe sa queue sur l’eau, la structure élastique du blanc de baleine est comprimée puis étirée. La baleine peut ainsi augmenter sa vitesse de façon considérable et économiser au moins 20% de son énergie lors d’un parcours. Toutes ces caractéristiques font du blanc de baleine une substance aux fonctions et aux utilisations multiples.
Les baleines possèdent cette couche de lipides depuis des milliers d’années et nous venons à peine de découvrir que celle-ci était constituée d’un ensemble de mailles complexes faites de fibres de collagène. Les scientifiques s’efforcent de comprendre les fonctions de ce mélange de composites graisseux. Ils le considèrent comme une source de nombreuses applications utiles si on parvenait à le synthétiser.
La structure de la nacre limite les dégâts
La structure de la nacre présente dans les couches internes des coquilles de mollusques a été imitée dans le développement de matériaux utilisés pour l'élaboration des pales des turboréacteurs. La nacre constituée à 95% de craie, est, grâce à sa structure composite, 3.000 fois plus résistante que la craie. En examinant la nacre au microscope on peut apercevoir des plaquettes microscopiques larges de 8 micromètres et épaisses de 0,5 micromètres, assemblées en couches (1 micromètre = 10-6 mètre). Ces plaquettes sont composées d'une forme cristalline de carbonate de calcium et peuvent être reliées grâce à une protéine de soie collante.27
Cette combinaison offre une double résistance. Premièrement, lorsqu’on soumet la nacre à une lourde charge, chaque fissure qui se forme commence à se répandre avant de changer de direction lorsqu’elle tente de passer à travers les couches de protéines. Cela permet de répartir la force de la charge soumise et d’éviter ainsi la formation des fissures. Deuxièmement, à chaque fois qu’une fissure se forme, les couches protéiniques s'étirent en filaments à travers la fracture absorbant ainsi l'énergie qui permettrait aux fissures de s'étendre.28
La structure de la nacre qui permet de limiter les dégâts est devenue un sujet d'étude pour de nombreux scientifiques. Le fait que la résistance de certains matériaux naturels soit issue de telles méthodes logiques et rationnelles indique indéniablement la présence d’une intelligence supérieure. Comme le montre cet exemple, Allah révèle clairement l’évidence de Son existence et la supériorité du pouvoir de Sa création grâce à Sa connaissance et à Sa sagesse infinies. Comme Il le dit dans ce verset :
A Lui appartient ce qui est dans les cieux et sur la terre. Allah est le Seul qui Se suffit à Lui-même et qui est le Digne de louange ! (Sourate al-Hajj, 64)
La résistance du bois provient de sa constitution
Les composites végétaux, contrairement aux autres éléments des êtres vivants, comportent plus de fibres cellulaires que de collagène. La structure résistante du bois provient de cette production de cellulose - un matériau solide qui ne se dissout pas dans l'eau. C'est grâce à cette particularité que le bois est si versatile pour la construction. La cellulose permet en effet aux charpentes de bois de résister pendant des centaines d'années. Décrite comme supportant des tensions de manière incomparable, la cellulose est bien plus utilisée que n'importe quel autre matériau pour la construction de ponts, de meubles, etc.
Grâce à sa capacité à absorber l'énergie libérée lors d’impacts effectués à faible vitesse, le bois permet de diminuer efficacement les dégradations produites à un endroit précis. On peut réduire les dommages en particulier quand l'impact a lieu à angle droit en direction de la fibre. Des recherches ont montré que les différents types de bois offraient différents niveaux de résistance. La densité est l’une des raisons, puisqu'un bois plus dense absorbe plus d'énergie lors de l'impact. Le nombre de vaisseaux dans le bois, leur taille et leur répartition constituent également un élément crucial dans la réduction de la déformation due à l'impact.29
L'avion Mosquito utilisé durant la Seconde Guerre Mondiale, et qui a montré la plus grande résistance aux destructions jusqu’à aujourd’hui, fut construit en ajoutant des couches très denses de contreplaqué lamellé de bois balsa et de bouleau. La résistance du bois en fait l'un des matériaux les plus fiables qui soit. L’entaille qui se forme lorsque celui-ci se brise, se produit si lentement qu’on peut même l'observer à l'œil nu, ce qui permet de prendre les précautions nécessaires à temps.30
Le bois est constitué de colonnes parallèles composées de longues cellules creuses placées bout à bout et entourées de spirales en fibres de cellulose. En outre, ces cellules sont enserrées dans une structure polymère complexe constituée de résine. Enroulées en spirale, ces couches représentent 80% de l'épaisseur total du mur de cellules et pratiquement la totalité du poids. Quand une cellule de bois se replie sur elle-même, elle absorbe l'énergie de l'impact en se séparant des autres cellules environnantes. Même si la fissure continue de se répandre à travers les fibres, le bois reste inchangé. Même brisé, le bois est assez résistant pour supporter une charge importante.
Les matériaux conçus en imitant le bois sont 50 fois plus stables que tout autre matériau synthétique utilisé aujourd'hui.31 Le bois est imité actuellement dans les matériaux utilisés pour la protection contre les particules à grande vitesse, par exemple lors d'impacts dus aux obus, aux bombes ou aux balles.
Comme le montrent ces exemples, les substances naturelles ont une composition issue d’une intelligence supérieure. La structure et la résistance de la nacre et du bois ne sont pas dues au hasard. Ces matériaux ont été créés selon un plan conscient et évident. Chaque détail de leur parfaite structure - de la finesse de leurs couches à la densité et à la quantité de leurs vaisseaux - a été soigneusement étudié puis créé pour aboutir à ce degré de résistance. Dans ce verset, Allah révèle qu'Il est à l'origine de tout ce qui nous entoure :
C'est à Allah qu'appartient tout ce qui est dans les cieux et sur la terre. Et Allah embrasse toute chose (de Sa science et de Sa puissance). (Sourate an-Nisa, 126)
La soie d'araignée est plus résistante que l'acier
De nombreux insectes - papillons et papillons de nuit, par exemple - produisent de la soie, bien que les différences entre ces matières et la soie d'araignée soient considérables.
Selon les scientifiques, la toile d'araignée constitue l'un des matériaux les plus résistants qui existent. Si nous établissions une liste de toutes les propriétés de la toile d'araignée, celle-ci ferait des pages. Nous ne mentionnerons que quelques caractéristiques concernant la soie d'araignée :32
· La toile de soie fabriquée par les araignées qui mesure seulement un millième de millimètre d’épaisseur, est cinq fois plus résistante qu’un acier de même épaisseur.
· Elle peut être étirée jusqu’à cinq fois sa taille d’origine.
· Elle est également si légère qu’une toile assez grande pour faire le tour de la terre ne pèserait que 320 grammes.
Il est possible de retrouver ces caractéristiques dans d'autres matériaux, mais il est rare de les retrouver combinées dans un même matériau à la fois résistant et élastique. En effet, les câbles d'acier résistants ne sont pas aussi élastiques que le caoutchouc et risquent de se déformer avec le temps. Au contraire, les cordons en caoutchouc qui ne se déforment pas facilement ne sont pas suffisamment résistants pour supporter de lourdes charges.
Comment la toile tissée par une créature aussi minuscule peut-elle posséder des propriétés supérieures au caoutchouc et à l'acier, produits de l'accumulation des connaissances humaines depuis des siècles.
Les qualités supérieures de la soie d'araignée proviennent de sa structure chimique. Ce matériau brut est constitué d’une protéine appelée kératine sous forme de chaîne hélicoïdale d'acides aminés reliés les uns aux autres. La kératine est présente dans de nombreux éléments naturels tels que les cheveux, les ongles, les plumes et la peau. La kératine leur apporte sa caractéristique principale : la haute protection. En outre, le fait que la kératine soit constituée d'acides aminés reliés par des liaisons faibles d'hydrogène la rend très élastique, comme le décrit le magazine américain Science News : "A l'échelle humaine, une toile pareille à un filet à poissons pourrait attraper un avion de transport de passagers."33
Sur la partie inférieure de l'abdomen de l'araignée se trouvent trois paires de filières. Chacune d’elles est surmontée de nombreux tubes en formes de cheveux appelés fibrilles qui mènent à des glandes de soie situées à l'intérieur de l'abdomen et qui produisent un type de soie différent. Leur association résulte en une production variée de toile de soie. A l'intérieur de l'abdomen de l'araignée des pompes, valves et systèmes de pression aux propriétés avancées sont utilisés pour fabriquer la soie qui est ensuite acheminée à l'aide des fibrilles.34
Plus important encore, l'araignée peut modifier à sa guise la pression à l'intérieur des fibrilles, ce qui a pour effet de bouleverser la structure moléculaire de la kératine. Les mécanismes de contrôle des valves, du diamètre, de la résistance et de l'élasticité de la toile peuvent être modifiés, permettant à l'araignée d'obtenir le type de toile désirée sans altérer sa composition chimique. Si elle souhaite obtenir des modifications plus substantielles du type de soie, l'araignée fait appel à d'autres types de glandes. Finalement, grâce à l'utilisation de ses pattes arrières, l'araignée peut disposer la toile comme elle le souhaite.
Si nous parvenons à reproduire ce miracle chimique, nous pourrons élaborer de nombreux matériaux tels que des ceintures de sécurité qui disposent de l'élasticité nécessaire, des sutures chirurgicales résistantes qui ne laissent pas de cicatrices, des vêtements pare-balles. En outre, cette production ne nécessite pas l'utilisation de substances nocives ou dangereuses.
La soie d'araignée possède des caractéristiques absolument remarquables. Grâce à ce pouvoir de résistance face à la tension, il faut dix fois plus d'énergie pour rompre une toile d’araignée que tout autre matériau biologique similaire.35
Il faut beaucoup plus d'énergie pour rompre un morceau de soie d'araignée que pour briser une toile de nylon. La principale raison pour laquelle les araignées sont capables de produire une soie si résistante est due au fait que celles-ci réussissent à ajouter des composants de façon homogène en contrôlant la cristallisation et l'assemblage des éléments de base de la protéine. Vu que le système de tissage est composé de cristal liquide, les araignées ne dépensent que très peu d'énergie pour fabriquer la soie.
La toile produite par les araignées est beaucoup plus résistante que les fibres naturelles ou synthétiques connues. Mais la soie qu'elles produisent ne peut pas être utilisée directement, comme peut l'être la soie fabriquée par d'autres insectes. Par conséquent, la seule alternative qui existe aujourd'hui est la production artificielle.
Les chercheurs entreprennent actuellement de vastes études sur les méthodes de fabrication de la soie par les araignées. Le docteur Frits Vollrath, un zoologiste de l'Université d'Aarhus au Danemark, a étudié l'araignée de jardin Araneus disematus et a réussi à découvrir en grande partie son mode de fabrication de la soie. Il a découvert que les araignées de jardin durcissent leur soie en l'acidifiant. Il examina plus précisément le conduit à travers lequel la soie passe avant d'être extraite du corps de l'araignée. Avant de pénétrer dans le conduit, la soie est constituée de protéines liquides. Dans le conduit, des cellules spécifiques semblent retirer l'eau de ces protéines de soie. Les atomes d'hydrogène ainsi retirés sont redirigés vers une autre partie du conduit, créant ainsi un bain d'acide. Tandis que les protéines de soie entrent en contact avec l'acide, elles s'assemblent et forment des ponts entre elles, durcissant ainsi la soie, qui est "plus résistante et plus élastique que le kevlar… La fibre la plus solide produite par l'homme", comme le précise Vollrath.36
Le kevlar, un matériau renforcé utilisé dans la fabrication des gilets pare-balles et des pneus, et réalisé grâce à une technologie très avancée, est l'élément synthétique le plus résistant. Cependant la toile d'araignée possède des propriétés largement supérieures à celles du kevlar. Tout en étant particulièrement résistante, la soie d'araignée peut être transformée et réutilisée par l'araignée.
Si les scientifiques réussissaient à reproduire les processus qui se déroulent à l'intérieur du corps de l'araignée - si l'assemblage des protéines pouvait être réalisé à la perfection et si on pouvait ajouter l'information génétique du matériau de tissage, on pourrait alors industrialiser la production de toile de soie avec toutes ses caractéristiques si spécifiques. Il est donc généralement admis que si on parvenait à comprendre dans son intégralité le processus de tissage de la toile d'araignée, on réussirait à améliorer de façon considérable notre fabrication des matériaux et des textiles.
Cette toile, que les scientifiques étudient conjointement, est produite de manière parfaite par l'araignée depuis plus de 380 millions d'années.37 C'est sans aucun doute la preuve de la perfection des œuvres réalisées par Allah. Il n'y a aucun doute sur le fait que tous ces phénomènes extraordinaires sont placés sous Son contrôle et réalisés selon Sa volonté. Comme mentionné dans ce verset :
… Il n'y pas d'être vivant qu'Il ne tienne par son toupet… (Sourate Hud, 56)
Les mécanismes naturels de production de la soie
sont plus performants que n'importe quelle machine
Les araignées produisent des soies aux caractéristiques distinctes pour des utilisations différentes. L'araignée Diatematus, par exemple, peut utiliser ses glandes de soie pour produire différents types de soie - de la même manière que les techniques de production utilisées par les machines de fabrication des textiles modernes. Cependant la taille gigantesque de ces machines ne peut être comparé avec les quelques millimètres cubes des organes producteurs de soie de l'araignée. Une autre caractéristique de la qualité de cette soie est la façon dont l'araignée peut la recycler, pour produire une nouvelle toile en consommant sa toile endommagée.
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