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18/ 07/ 2007

Matériau auto-réparateur

Encore un fantasme de Science-Fiction qui devient réalité ! Des chercheurs ont développé un matériau innovant qui imite le comportement de la peau : il est en effet capable de réparer ses fractures.

Catégorie	Niveau de difficulté de compréhension
Matière	moyen

Ce matériau se répare donc tout seul comme un grand, un peu à la manière de la peau humaine. Il est constitué de deux couches.
La couche supérieure est faite de minuscules pièces dispersées. En dessous, le substrat contient un réseau de micro-canaux qui transporte le liquide réparateur.

Vous commencez déjà à deviner l'astuce de réparation : admettons qu'une fracture se propage vers le bas et atteigne les canaux sous-jacents. Dans ce cas, le liquide se répand et se mélange au catalyseur : remplissant ainsi la fracture. La "cicatrisation" est complète.

Cette innovation, oeuvre de chercheurs de l'université de l'Illinois, représente ainsi une avancée importante pour des implants médicaux auto-réparateurs et aussi pour les matériaux aéronautiques. On pourrait aussi penser à une application pour le refroidissement des microprocesseurs et circuits électroniques en général. A terme, on pourrait penser à des revêtements plastiques qui se régénéraient seul.

Ce genre de matériau qui s'auto-réparent sont étudiés depuis de nombreuses années mais c'est la première fois qu'on en créé un qui soit capable de se réparer de nombreuses fois sans aucune intervention externe. Un des chercheurs conclut :

Partout autour de vous, si vous regardez attentivement, vous verrez des craquelures sur les surfaces : immeuble, peintures etc.

Quand la couche protectrice externe de la peau humaine est coupée, la couche interne qui est remplie d'un réseau dense de minuscules vaisseaux sanguins apportent très rapidement les nutriments nécessaires pour aider à la cicatrisation.

Comme on l'a vu, le matériau auto-réparateur s'inspire de ce fonctionnement à deux couches : le substrat contient des canaux remplis de liquide. Ce liquide, une fois au contact (dans la fracture générée) du matériau catalyseur au-dessus ne mettra que dix heures pour se convertir en polymère et remplir la fracture.

Ce qui est original, c'est que le système ne nécessite aucune pression externe pour faire remonter le liquide afin qu'il polymérise plus haut, dans la fracture. Au lieu de cela, le liquide se propage à travers des canaux étroits un peu comme lorsque de l'eau remonte dans un tube fin par capillarité.

Le matériau est capable de réparer 7 fractures successives selon ce procédé. La prochaine génération sera capable de faire beaucoup mieux et fonctionnera un peu différemment : le système sera en deux partie et le liquide réparateur et le catalyseur seront injectés dans la fracture.

On pourrait penser également à un raccordement à un petit réservoir supplémentaire.

Les micro-canaux de ce matériau pourraient devenir une solution pour le problème croissant de l'accumulation de chaleur dans les processeurs de plus en plus puissants et miniaturisés. Typiquement, les processeurs reposent sur des substrats dont le rôle est de dissiper autant que possible la chaleur générée.

Les substrats actuels atteignent facilement leurs limites actuellement. Il suffirait donc de créer un substrat composé de nombreux microcanaux et remplis d'un fluide réfrigérant : on obtiendrait ansi une sorte de mini échangeur de chaleur.

Même si les applications pratiques de ces matériaux réparateurs ne sont pas pour tout de suite, on pense déjà à l'aéronautique.

Pour l'industrie aéronautique, les carlingues des avions subissent de nombreux mauvais traitements et de multitudes de minuscules (invisible à l'oeil nu) fractures apparaissent après chaque vol. Ces fractures peuvent se créer en dessous de la surface également. Une fois formée, petit à petit, elles vont grandir jusqu'à ce que le matériau cède et casse complètement.

On pense également aux implants médicaux biocompatible fabriqués à partir de ces matériaux innovants. Le coût limiterait certainement leur usage, au départ du moins.

L'idée d' « auto-réparation » fait partie d'une idée encore plus générale : créer des matériaux autonomes qui peuvent répondre aux sollicitations de l'environnement sans assistance de la part des hommes. On pense à des applications terrestres et spatiales.

Les matériaux spatiaux sont en effet fortement sollicités : débris, cycles thermiques, exposition directes aux rayons UV et autres rayonnements. Par ailleurs, il est souvent difficile de les réparer (on pense tout de suite aux réparations effectuées sur la navette spatiale lors de la dernière sortie).

Parlons chiffres à présent : aux USA, on estime que les coûts annuels dues à la corrosion s'élèvent à 276 milliards de dollars US. La plus grande partie de ces coûts sont associés avec la maintenance des matériaux métalliques. Il est donc impératif de trouver une solution : des matériaux et revêtements "intelligents".

Source 1 : Actualité originale (pop-up, anglais)

Source 2 : Actualité originale (pop-up, anglais)

Source 3 : Actualité originale (PDF, pop-up, anglais)

Source 4 : Actualité originale (pop-up, anglais)

Complément : Ancien article sur les matériaux réparateurs (pop-up, anglais)

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Commentaires

> zabeth a commenté le 26/ 11/ 2007 :

Newtoon a écrit 435 actus scientifiques.
Les 10 - 20 - 50 plus lues ?

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