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Matériaux
Un nouveau matériau plus résistant inspiré de la nacre

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61604.htm

Un groupe de scientifiques de l'Institut Max Planck de recherche sur les métaux a développé un nouveau matériau, très résistant, inspiré de la nacre des coquillages. Ce nouveau composite, constitué de couches de dioxyde de titane superposées à des couches de polymères, allie les propriétés plutôt antagonistes d'un matériau relativement dur et d'un autre élastique.

La résistance de ce matériau dépend très fortement de l'épaisseur de chacune des couches. Ainsi, les scientifiques ont essayé différentes épaisseurs. Il s'est avéré que le rapport idéal était de 100 nm de métal pour 10 nm de protéine, soit un rapport 10:1, qui est précisément le rapport qui existe dans la nacre. La nacre est constituée de couches de cristaux d'aragonite, composés essentiellement de carbonate de calcium - un matériau relativement dur, et de protéines, très élastiques. 400 nm d'aragonite s'associent à 40 nm de protéines, soit le rapport de 10:1. Le matériau résultant est 3.000 fois plus résistant que l'aragonite pure. Tout comme la série d'essais réalisés en laboratoire, il semblerait donc que la sélection naturelle en soit arrivée au même résultat.

Actuellement, le nouveau composite atteint une résistance 4 fois supérieure à celle d'une couche de dioxyde de titane de la même épaisseur. Il existe néanmoins un potentiel d'optimisation certain : le métal utilisé, contrairement aux cristaux d'aragonite dans la nacre, ne se trouve pas sous la forme d'un unique bloc de cristal, mais est recomposé à partir de particules désordonnées de dioxyde de titane. Ainsi, l'utilisation d'un cristal unique aura une influence très positive sur la résistance du matériau.

La rupture d'un matériau est provoquée par la propagation d'une fissure au sein de celui-ci. Cette fissure apparait lorsqu'il est soumis à un certain niveau de contrainte, et elle se propage plus ou moins facilement en fonction de la dureté du matériau. Le dioxyde de titane étant très dur, les fissures n'apparaitront que pour des contraintes très élevées. Cependant, elles se propageront très vite, si bien que le matériau cassera très rapidement après avoir atteint cette limite, sans se déformer plastiquement. L'originalité de ce nouveau composite réside dans le fait que les couches de polymères permettent d'arrêter la propagation des fissures, et donc de renforcer sa résistance à la rupture. C'est ici que l'importance de l'épaisseur de la couche de polymères entre en jeu : si elle est trop fine, elle n'absorbera pas assez les fissures ; si elle est trop épaisse, le matériau sera trop mou.

Plusieurs applications industrielles sont déjà envisagées. Le matériau pourrait par exemple protéger des couches de peinture ou des revêtements anti-poussière contre les rayures, ou renforcer la résistance de composants électroniques contre la rupture. Si le concept impliquant le dioxyde de titane cristallin se réalise, il pourrait même servir à des applications plus poussées comme pour le revêtement d'implants médicaux.

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- Dr. Zaklina Burghard - Max-Planck-Institut für Metallforschung, Heisenbergstr. 3 - D70569, Stuttgart - tél: +49 711 689 3226 - email: zburghard@mf.mpg.de
- Rapport complet : Zaklina Burghard, Lorenzo Zini, Vesna Srot, Paul Bellina, Peter A. van Aken, and Joachim Bill : "Toughening through Nature-Adapted Nanoscale Design" - Nano Letters (sous presse)

Code brève
ADIT : 61604

Communiqué de presse de la Max-Planck-Gesellschaft - 14/12/2009 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/4UBLU

Sebastian Ritter, sebastian.ritter@diplomatie.gouv.fr

BE Allemagne numéro 464 (17/12/2009) - Ambassade de France en Allemagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61604.htm