Les matériaux de demain : rigides, légers et absorbants

Préférez-vous vous heurter à un mur de briques ou à un matelas ? Pour la plupart des gens, le choix n’est pas difficile. Un mur de briques est rigide et n’absorbe pas bien les chocs ou les vibrations ; un matelas est mou et absorbe bien les chocs. Parfois, lors de la conception des matériaux, ces deux propriétés sont nécessaires.

Les matériaux doivent être capables d’absorber les vibrations, mais assez rigides pour ne pas s’effondrer sous la pression. Une équipe de chercheurs de l’Institut de Physique de l’UvA a trouvé un moyen de concevoir des matériaux qui parviennent à allier ces deux propriétés.

Habituellement, ces deux caractéristiques d’un matériau sont mutuellement exclusives : un matériau est soit rigide, soit capable d’absorber efficacement les vibrations – mais rarement les deux. Cependant, si nous pouvions créer des matériaux à la fois rigides et bons absorbeurs de vibrations, cela ouvrirait la voie à de nombreuses applications potentielles, du design à l’échelle nanométrique à l’ingénierie aérospatiale.

Le pliage fait la différence

Une équipe de chercheurs de l’Université d’Amsterdam a trouvé une façon de créer des matériaux rigides, mais aussi efficaces pour absorber les vibrations, et qui peuvent de surcroît être très légers.

David Dykstra, auteur principal de la publication, explique : « Nous avons découvert que l’astuce consistait à utiliser des matériaux qui se plient, comme de fines feuilles de métal. Assemblées de manière astucieuse, les constructions faites de ces feuilles flambées deviennent de grands absorbeurs de vibrations, tout en conservant une grande partie de la rigidité du matériau d’origine. De plus, les feuilles n’ont pas besoin d’être très épaisses, ce qui permet de maintenir le matériau relativement léger. »

Un large éventail d’applications

Les chercheurs ont minutieusement étudié les propriétés de ces matériaux flambés et ont découvert qu’ils présentaient tous cette magique combinaison de rigidité et de capacité à dissiper les vibrations.

Comme les matériaux connus ne possèdent pas cette combinaison de propriétés désirées, les nouveaux matériaux fabriqués en laboratoire (ou métamatériaux) ont un très large éventail d’applications potentielles, et à des échelles très variées.

Les utilisations possibles vont du mètre (pensez à l’aérospatiale, aux applications automobiles et à de nombreux autres designs civils) à l’échelle microscopique (applications telles que les microscopes ou la nanolithographie).

Les humains aiment construire des choses, petites et grandes, et nous voulons presque toujours que ces structures soient légères. Si cela peut être réalisé avec des matériaux à la fois rigides et bons pour absorber les chocs, de nombreux designs existants peuvent être améliorés et de nombreux nouveaux designs deviennent possibles. Il n’y a vraiment pas de limite aux applications possibles ! » a commenté David Dykstra.

L’illustration montre un exemple de matériau qui utilise ce pliage des feuilles de métal pour combiner toutes ces propriétés souhaitées. Un matériau gondolé qui est à la fois rigide et capable d’absorber les vibrations. Image : D. Dykstra et al.

Publication / Buckling Metamaterials for Extreme Vibration Damping, David M.J. Dykstra, Coen Lenting, Alexandre Masurier and Corentin Coulais. Advanced Materials.