La nacre, un matériau composite naturel
Les propriétés exceptionnelles de la nacre proviennent autant de sa composition chimique que de sa microstructure. Lorsqu’on l’observe au microscope électronique, on constate que la nacre est constituée à plus de 95% d’un empilement de plaques d’aragonite de formule chimique CaCO3. Pourtant, l’aragonite n’est pas réputée pour être un matériau particulièrement résistant : avec une dureté de quatre sur l’échelle de Mohs, c’est un matériau qui se raye facilement à l’aide d’un simple couteau. En réalité, la nacre est un matériau beaucoup plus complexe. Ainsi, le secret de la nacre vient de ses conditions de production : un procédé naturel de polymérisation de molécules organiques et minérales qui permet d’obtenir un matériau avec une résistance propre 10 fois supérieure à celle de l’aragonite.
Reproduire le mécanisme de glissement des plaques de CaCO3
Si la nacre est aussi solide, c’est grâce à un empilement de plaques hexagonales de CaCO3, soudées entre elles par une substance organique à base de protéines. Lorsque la nacre subit un choc, ces plaques glissent les unes sur les autres en suivant la déformation du polymère, ce qui permet de dissiper l’énergie de l’impact. Ces propriétés sont connues depuis longtemps et leur exploitation intéresse de nombreuses équipes de chercheurs dans le monde. L’équipe du professeur François Barthelat, de l’université de McGill au Canada a ainsi créé un nouveau type de verre feuilleté en gravant des motifs au laser sur de fines feuilles de verre. En cas de choc, ces feuilles se brisent en hexagones microscopiques en suivant les motifs gravés.
Un verre 2 à 3 fois plus résistant que le verre trempé, mais trop flexible
Lorsqu’il subit un impact, un verre feuilleté classique absorbe une partie des chocs, mais peut-être brisé. Ce nouveau type de verre réagit différemment. Les dommages restent extrêmement localisés et il n’y a quasiment pas de propagation de l’énergie du choc : le verre se déforme et renvoie l’énergie, car ce verre est très flexible. Malheureusement, cette caractéristique le rend, pour le moment, inutilisable pour la fabrication de vitrages de fenêtres, bien qu’il soit deux à trois fois plus résistant qu’un verre trempé.
Le matériau idéal pour les écrans de Smartphones
Ce nouveau type de verre a pourtant une application évidente : la fabrication d’écrans. Actuellement, les écrans de Smartphones sont conçus en verre trempé, ce qui ne les empêche pas de se briser facilement en tombant au sol. Cette « nacre artificielle » pourrait donc permettre de concevoir des écrans deux fois plus résistants et pourrait même être utilisée pour la fabrication de Smartphones pliables.
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