Des points faibles… pour renforcer une structure

La nature est depuis toujours une source d’inspiration sans fin pour les scientifiques de tous bords. Une équipe de scientifiques des universités de Pittsburgh et de Carnegie Mellon, en Pennsylvanie, a développé conjointement un modèle de matériau régénérant, et a réussi à démontrer qu’un certain nombre de points faibles dans la structure dudit matériau lui permettait de supporter de plus fortes tensions, aidé en cela par l’observation de la coquille de l’ormeau (ou abalone).

Ce mollusque à coquille unique, appartenant au genre des Haliotis, et présent dans les eaux du Pacifique, des États-Unis jusqu’en Australie, intéresse grandement ces scientifiques, de par les singulières propriétés de sa coquille. En effet, la coquille de l’ormeau est extrêmement solide, grâce à un jeu subtil de microscopiques tuiles de carbonate de calcium (CaCO3) empilées comme des briques, et dont les différentes couches sont superposées et séparées par une substance protéique liante. Lorsque la coquille subit une attaque extérieure, les tuiles glissent plutôt qu’elles ne cassent, et la protéine s’étend afin d’absorber l’énergie du coup.

C’est là-dessus que l’équipe universitaire s’est basée pour la conception de leur modèle de matériau, partant donc du principe qu’un matériau ayant un certain nombre de liens facilement cassables pouvait absorber plus de tensions extérieures qu’un matériau plus fort. Ces « points faibles » pouvant se régénérer après avoir été endommagés, sont constitués d’un « nanogel », une composition de particules spongieuse et microscopiques de polymères, liées les unes aux autres par de nombreux liens tentaculaires. Certains sont très solides, donnant la globale solidité, d’autres sont labiles et cassants, lui conférant sa réactivité et permettant l’absorption des chocs. En arrangeant des séries de liens en parallèle, dont seulement 30 % seraient labiles, on améliore de 200 % la résistance d’un matériau qui n’aurait été constitué que de liens plus stables.

« D’autre part, de trop nombreuses liaisons labiles rendent collectivement le matériau si résistant que la régénérescence s’en voit annulée, et le nanogel devient cassant », ajoute Anna Balazs, spécialiste en Ingénierie chimique associée à l’équipe de chercheurs ayant réalisé le modèle. Ce modèle peut s’appliquer à un certain nombre de matériaux, et aurait de très nombreuses applications, notamment dans le domaine de la sécurité et de la protection (les gilets pare-balles).

M.R.