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Une étude sur l'éléphant, le capybara et les cheveux humains révèle que les cheveux plus épais ne sont pas toujours plus forts – Newstrotteur

Bien qu'ils soient quatre fois plus épais que les cheveux humains, les cheveux d'éléphant ne sont que la moitié de la force – ce n'est qu'une des constatations des chercheurs qui étudient la force des cheveux de nombreux mammifères différents. Leur travail, paru dans un article publié le 11 décembre dans la revue Matière, montre que les cheveux fins ont tendance à être plus résistants que les cheveux épais en raison de la façon dont ils se cassent.

"Nous avons été très surpris par le résultat", explique le premier auteur Wen Yang, chercheur en nano-ingénierie à l'Université de Californie à San Diego. "Parce que, intuitivement, nous penserions que les cheveux épais sont plus forts. Les matériaux naturels ont subi des milliers d'années d'évolution, donc pour nous, ces matériaux sont très bien développés. Nous espérons apprendre de la nature et développer des produits synthétiques aux propriétés comparables."

Des études antérieures ont montré que les cheveux humains ont une résistance comparable à celle de l'acier lorsqu'ils sont ajustés pour la densité. Cela est dû à la structure hiérarchique des cheveux: les cheveux humains sont composés d'une couche externe appelée cuticule qui s'enroule autour d'un cortex interne composé de nombreuses petites fibres liées par des liaisons chimiques. Dans chaque fibre, il y a des fibres encore plus petites intégrées. Cette conception structurelle permet aux cheveux, qui sont constitués de protéines, d'être résistants à la déformation.

Yang et son équipe, y compris des chercheurs des groupes Meyers et Ritchie de l'Université de Californie à San Diego et de l'Université de Californie à Berkeley, étaient curieux de savoir si les poils d'autres animaux partagent des caractéristiques similaires. Ils ont recueilli des échantillons de cheveux de huit mammifères différents, dont des humains, des ours, des sangliers, des chevaux, des capybaras, des javelots, des girafes et des éléphants. Ces poils varient en épaisseur: les cheveux humains mesurent jusqu'à 80 µm de diamètre, tandis que ceux des éléphants et des girafes ont plus de 350 µm de diamètre.

Les chercheurs ont attaché des mèches de cheveux individuelles à une machine qui les a progressivement séparées jusqu'à ce qu'elles se cassent. À leur grande surprise, ils ont découvert que les cheveux fins pouvaient supporter une plus grande tension avant de se casser par rapport aux cheveux épais. Cela s'applique également aux poils de la même espèce. Par exemple, les cheveux fins d'un enfant étaient plus forts que les cheveux plus épais d'un adulte.

En étudiant les cheveux cassés à l'aide d'un microscope électronique à balayage, l'équipe a découvert que, bien que la plupart des cheveux partagent une structure similaire, ils se sont cassés de différentes manières. Les poils d'un diamètre supérieur à 200 µm, comme ceux des sangliers, des girafes et des éléphants, ont tendance à se casser dans un mode de fracture normal, une rupture nette similaire à ce qui se passerait si une banane se cassait au milieu. Les poils plus fins que 200 µm, comme ceux des humains, des chevaux et des ours, se cassent en mode cisaillement. La rupture est inégale, comme quand une branche d'arbre est cassée dans une tempête. La distinction dans le chemin de fissuration est due au fait que les éléments structurels des différents poils interagissent différemment.

"Le cisaillement se produit lorsque de petites fissures en zig-zag se forment dans le matériau à la suite de contraintes", explique Yang. "Ces fissures se propagent ensuite, et pour certains matériaux biologiques, l'échantillon n'est pas complètement cassé jusqu'à ce que les petites fissures se rencontrent. Si un matériau se cisaille, cela signifie qu'il peut résister à une plus grande tension et est donc plus résistant qu'un matériau qui subit une fracture normale." "

"La notion d'épaisseur étant plus faible que mince n'est pas inhabituelle, et nous l'avons constaté lors de l'étude de matériaux fragiles comme les fils métalliques", explique le co-auteur Robert Ritchie de l'Université de Californie à Berkeley. "C'est en fait une chose statistique, qui est un plus gros morceau aura une plus grande possibilité d'avoir un défaut. C'est un peu surprenant de voir cela dans les cheveux car les cheveux ne sont pas un matériau cassant, mais nous pensons que c'est pour la même raison. "

Les chercheurs pensent que leurs résultats pourraient aider les scientifiques à concevoir de meilleurs matériaux synthétiques. Mais Yang dit que la fabrication de matériaux bio-inspirés de son équipe est encore à ses balbutiements. Les technologies actuelles ne sont pas encore capables de créer des matériaux aussi fins que les cheveux et ayant une structure hiérarchique sophistiquée.

"Il existe de nombreux défis dans les matériaux synthétiques pour lesquels nous n'avons pas eu de solution, de la façon de fabriquer des matériaux très petits à la façon de reproduire les liaisons entre chaque couche comme on le voit dans les cheveux naturels", dit Yang. "Mais si nous pouvons créer des métaux qui ont une structure hiérarchique comme celle des cheveux, nous pourrions produire des matériaux très solides, qui pourraient être utilisés comme cordes de sauvetage et pour les constructions."

Ce travail a été soutenu par l'Initiative de recherche universitaire multidisciplinaire de l'Université de Californie à Riverside, l'Air Force Office of Scientific Research et la Powell Foundation par le biais de la Jacobs School of Engineering de l'UCSD.

Source de l'histoire:

Matériel fourni par Cell Press. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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