Pourquoi les dents de fourmi sont-elles si acérées ? 

Que ce soit pour la viscosité de leur salive, la puissance de leurs dents ou leur rôle dans la biodiversité, les insectes ont toujours fasciné les chercheurs. Aujourd’hui, des ingénieurs américains s’intéressent aux dents des fourmis, plus fines qu’un cheveu humain mais suffisamment solides pour trancher une feuille.

Dans leur étude parue dans la revue Scientific Reports, ils montrent comment les atomes de zinc sont disposés de manière égale, de façon à maximiser l’efficacité de la coupe et maintenir le tranchant, ce qui permet à l’insecte de croquer dans n’importe quoi, d’une feuille dure à de la peau humaine, sans jamais abîmer ses dents. Chose dont aucun humain ne pourrait se vanter.

Pour leur recherche, une équipe de l’université de l’Oregon et du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) du ministère américain de l’énergie (DOE) ont mis au point des techniques pour mesurer la dureté, l’élasticité, l’énergie de rupture, la résistance à l’abrasion et la résistance aux chocs des dents de fourmis.

Un certain Arun Devaraj, spécialisé dans l’étude à l’échelle atomique des principes qui rendent certains matériaux solides et résistants aux dommages, a utilisé un microscope à faisceau d’ions focalisé pour prélever un minuscule échantillon d’aiguille à l’extrémité d’une dent de fourmi. Grâce à son travail, pour la première fois, les chercheurs ont pu enregistrer la distribution nanométrique des atomes de zinc dans une dent de fourmi.

“Nous avons pu constater que le zinc était uniformément réparti dans la dent, ce qui a été une surprise, commente Arun Devaraj. Nous nous attendions à ce que le zinc soit regroupé en nano-nodules.” Ces biomatériaux permettraient aux animaux d’utiliser 60 %, voire moins, de la force qu’ils auraient à utiliser si leurs dents étaient constituées de matériaux similaires à ceux que l’on trouve dans les dents humaines.

La force nécessaire étant moins importante, les muscles dépensent moins d’énergie. Ainsi, le zinc uniformément réparti fournit une force égale sur l’ensemble des dents, ce qui en fait un matériau dur et solide malgré sa petite taille.

S’inspirer de cette “astuce biologique”

“Les ingénieurs humains pourraient également tirer des leçons de cette astuce biologique, s’enthousiasme Robert Schofield, qui a mené l’étude à l’université de l’Oregon. La dureté des dents de fourmis, par exemple, passe d’environ la dureté du plastique à celle de l’aluminium lorsque le zinc est ajouté. Bien qu’il existe des matériaux d’ingénierie beaucoup plus durs, ils sont souvent plus fragiles.”

“Cette homogénéité semble permettre des “outils” plus tranchants et plus précisément sculptés que les matériaux comportant des inclusions biominérales, et élimine également les inclusions susceptibles de se fracturer”, écrivent les chercheurs dans le papier. À terme, ces résultats pourraient inspirer les ingénieurs à fabriquer des outils plus petits mais plus efficaces.

En attendant d’en arriver là, ils s’intéressent désormais aux scorpions et aux araignées pour approfondir leurs recherches. Ils ont notamment mesuré la dureté et le module d’élasticité des crocs, des piqûres et autres attributs d’une araignée, d’un scorpion et d’un ver néréide.

En juin, une recherche relativement similaire était parue dans la revue PNAS. Des chercheurs allemands s’étaient intéressées aux dents du mollusque Cryptochiton stelleri, plus connu sous le nom de “pain de viande errant”. Ils y ont découvert de la santabarbaraite, un minéral rare et très dur à base de fer, encore jamais identifié chez un organisme vivant. Là encore, à terme, les résultats de cette étude pourraient aider à concevoir de nouveaux types de matériaux plus solides.