Les moules produisent une substance adhésive, capable de coller solidement à des métaux et des roches, y compris sous l'eau. Des chercheurs de l'Institut Max Planck de recherche sur les polymères (MPIP) et de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence sont parvenus à imiter la protéine responsable de ces propriétés avec une substance contenant les mêmes composants collants.
Afin de ne pas être emportées par les courants de marée, les moules se fixent solidement au fond marin à l'aide de protéines spécifiques, constituant le byssus. Ainsi, grâce à l'acide aminé dihydroxyphénylalanine (DOPA), contenu dans les protéines à l'aide desquelles les moules se fixent au sol, ces mollusques sont capables de coller, même sous l'eau. Grâce à sa structure chimique, la DOPA peut en effet établir des liaisons très stables avec des métaux et des minéraux.
Une équipe de chercheurs autour du Prof. Hans-Jürgen Butt, Directeur du MPIP, et du Prof. Wolfgang Tremel, professeur à l'Université de Mayence, ont imité les protéines de fixation de la moule avec des polymères synthétiques. Ceux-ci sont constitués de longues chaînes moléculaires et comportent les mêmes appendices chimiques que ceux qui rendent les protéines de moule adhésives. D'après les chercheurs, le nombre de maillons de la chaîne présentant un appendice collant n'a pas d'importance concernant l'efficacité de la fixation de la chaîne, du moment que la proportion n'est pas inférieure à un dixième des maillons.
Les chercheurs ont mesuré avec quelle force les différentes chaînes de polymères pouvaient être détachées d'une surface. Ils ont, dans ce cadre, testé des polymères constitués d'un dixième, d'un cinquième ou uniquement de maillons présentant l'appendice fixateur de la DOPA. La force nécessaire pour détacher un seul polymère de la surface était toujours la même, 67 Piconewton, ce qui correspond environ à un millionième du poids d'une puce. Cette force, à elle seule, ne serait jamais en mesure de maintenir une moule au sol, mais les coquillages se fixent à l'aide d'un amas d'innombrables chaînes de polymères et résistent ainsi à la houle.
"Le fait que la fonction de fixation de la protéine soit indépendante, jusqu'à un certain degré, du nombre de points de fixation peut être mis à profit pour conférer aux autres maillons d'autres fonctions", commente le Prof. Butt. Les chercheurs pourraient, par exemple, synthétiser un polymère qui colle tout aussi bien sur différents types de matériaux. La DOPA se fixe particulièrement bien aux métaux et aux minéraux. D'autres maillons du polymère pourraient être équipés d'appendices adhérant à du bois, du verre ou de l'os. "Des substances collantes reliant métal et os seraient, par exemple, intéressantes pour fixer des prothèses d'articulations", précise le Prof. Tremel.
Les scientifiques ont longtemps eu du mal à comprendre pourquoi la force de fixation de la chaîne de polymère est indépendante du nombre de maillons fixateurs. "Habituellement, nous nous représentons un polymère adhésif comme une bande de ruban adhésif, qui adhère sur toute sa longueur", explique le Prof. Butt. Une bande adhésive est toutefois d'autant plus difficile à décoller que le nombre de liens la fixant au support est élevé. Pour les protéines des moules et leurs pendants synthétiques, ce modèle, décrivant l'effet d'adhésion d'un polymère comme une force continue, ne convient donc pas.
"Nous considérons nos polymères comme des chaînes de points de fixation individuels, reliés par de très souples ressorts", décrit le Prof. Tremel. Lorsqu'ils les décrochent, les chercheurs mesurent ainsi seulement la force avec laquelle un seul point de fixation est attaché au sol. La densité avec laquelle les points de contacts se suivent est insignifiante. Elle aurait un effet si un poids s'exerçait uniformément sur toute la longueur de la chaîne et non pas à partir d'une extrémité. "En pratique, cela ne joue un rôle que si la surface du support est parfaitement plane", poursuit le Prof. Butt. "La plupart des surfaces sont toutefois très rugueuses à l'échelle nanométrique, de sorte qu'un poids tire toujours plus fort à une extrémité qu'à une autre".
