Les coléoptères portent une armure corporelle qui devrait les alourdir – pensez aux chevaliers médiévaux et aux tortues. En réalité, ces coquilles dures protégeant les ailes délicates sont étonnamment légères, permettant même le vol.

Une meilleure compréhension de la structure et des propriétés des exosquelettes de coléoptères pourrait aider les scientifiques à concevoir des briquets, matériaux plus résistants. De tels matériaux pourraient, par exemple, réduire la traînée énergivore des véhicules et des avions et réduire le poids des blindages, alléger la charge du chevalier du XXIe siècle.

Mais révéler l'architecture de l'exosquelette à l'échelle nanométrique s'est avéré difficile. Ruiguo Yang du Nebraska, professeur assistant en génie mécanique et des matériaux, et ses collègues ont trouvé un moyen d'analyser la nanostructure fibreuse. Leurs découvertes ont récemment fait la couverture de Matériaux fonctionnels avancés .

L'exosquelette léger est composé de fibres de chitine d'environ 20 nanomètres de diamètre (un cheveu humain mesure environ 75, 000 nanomètres de diamètre) et entassés et empilés en couches qui se tordent en spirale, comme un escalier en colimaçon. Le petit diamètre et la torsion hélicoïdale, dit Bouligand, rendre la structure difficile à analyser.

Yang et son équipe ont développé une méthode de découpe de la spirale pour révéler une surface de sections transversales de fibres à différentes orientations. De ce point de vue, les chercheurs ont pu analyser les propriétés mécaniques des fibres à l'aide d'un microscope à force atomique. Ce type de microscope applique une force minime à un échantillon d'essai, déforme l'échantillon et surveille la réponse de l'échantillon. Combinant la procédure expérimentale et l'analyse théorique, les chercheurs ont pu révéler l'architecture nanométrique de l'exosquelette et les propriétés matérielles des nanofibres.

Ils ont fait leurs découvertes dans le coléoptère commun des figuiers, Cotinis mutabilis, un vert métallique originaire de l'ouest des États-Unis. Mais la technique peut être utilisée sur d'autres coléoptères et créatures à carapace dure et pourrait également s'étendre aux matériaux artificiels avec des structures fibreuses, dit Yang.

En comparant les coléoptères avec des exigences différentes sur leurs exosquelettes, comme la défense contre les prédateurs ou les dommages environnementaux, pourrait conduire à des connaissances sur l'évolution ainsi qu'à une meilleure compréhension de la relation entre les caractéristiques structurelles et leurs propriétés.