Un bloc de 87 g de titane d'environ 2,5 x 4 cm, obtenu selon le procédé van Arkel-de Boer. En alliage avec de l'or, le matériau a une dureté équivalente, voire bien supérieure quand le réseau cristallin adopte une configuration différente, obtenue par hasard par des chercheurs. © cc by sa 3.0, images-of-elements.com

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A-t-on créé l'alliage or-titane de l'armure d'Iron Man ?

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La réalité est souvent en dessous des rêves de la science-fiction, mais elle la rattrape parfois. Un nouvel alliage à base d'or et de titane, comme celui de l'armure d'Iron Man dans le premier film éponyme, s'est révélé quatre fois plus dur que le titane, pourtant déjà utilisé comme blindage.

Les geeks fans d'Iron Man devraient adorer la découverte de chercheurs de la Rice University, aux États-Unis. Le réacteur ARC, qui semble exploiter la fusion froide avec du palladium et fournit une forme d'énergie à l'armure du vengeur doré, reste du domaine de la science-fiction mais le mystérieux métal dont elle est constituée semble aujourd'hui plus près de la réalité.

Dans le premier film consacré à la saga du super-héros de Marvel, Robert Downey Jr, alias Tony Stark, fait fabriquer la troisième version de son armure à partir d'un alliage de titane et d'or. À en voir les performances, ce matériau doit être d'une dureté extrême et d'une résistance mécanique qui l'est tout autant. Le titane lui-même est déjà un métal largement utilisé comme blindage dans l'industrie militaire, justement du fait de ses propriétés mécaniques et de sa résistance à la corrosion et au feu. On le trouve même dans des éléments du moteur Vulcain d'Ariane 5.

Des extraits d'Iron Man montrant l'incroyable résistance de l'armure, censément à base de titane et d'or. La réalité a un peu rattrapé la fiction. © Gagtiger, YouTube

Un alliage découvert par hasard lors d'analyses par cristallographie

On ne peut pas en dire autant de l'or, loin de là. L'idée d'un tel alliage pour obtenir ce qu'ingénieurs de l'aérospatiale et amateurs de science-fiction appellent un unobtainium (matériau aux propriétés impossibles) pouvait paraître folklorique, uniquement motivée pour coller à l'aspect d'Iron Man.

Et pourtant, le travail des chercheurs états-uniens publié dans Science décrit bien un nouvel alliage de titane et d'or presque quatre fois plus dur que le titane ! Certes, la dureté, au sens physique du terme, n'est que la propriété d'un métal à résister à la pénétration d'un poinçon. Elle ne présage en rien de sa ténacité, c'est-à-dire sa résistance à la traction. Mais le résultat est tout de même spectaculaire.

La découverte de ce nouvel alliage relève de la sérendipité, comme l'explique la physicienne Emilia Morosan. Avec des collègues, elle étudiait un alliage composé à parts égales d'or et de titane parce qu'il était magnétique alors que ces deux métaux ne le sont pas. Comme bien des physiciens de la matière condensée, ces chercheurs voulaient étudier la structure cristalline du matériau qu'ils avaient synthétisé en le réduisant en poudre pour une analyse par diffraction de rayons X. Cela s'est avéré impossible avec les moyens classiques. Intrigués, les physiciens ont voulu déterminer exactement sa dureté... qui s'est révélée étonnamment élevée.

Une introduction à la cristallographie aux rayons X. © The Royal Institution, YouTube

Un bon candidat pour des implants

Cherchant une explication, ils ont finalement découvert que l'alliage final comprenait en fait trois parts de titane et une part d'or, et qu'il était donc de formule Ti3Au. Mais pas n'importe lequel car il en existe deux formes qui diffèrent par l'organisation des atomes dans le réseau cristallin. C'est un exemple de « polymorphisme », c'est-à-dire la faculté d'un matériau de cristalliser en des structures différentes selon les conditions ambiantes. En l'occurrence, l'alliage Ti3Au en phase alpha est déjà connu et est aussi dur ou presque que le titane. Mais ici, les chercheurs avaient involontairement produit la phase bêta. Cette forme provient de la voie de synthèse choisie, effectuée à haute température, contrairement à celle qui aboutit à la phase alpha.

Tout comme le titane, les alliages de ce métal avec l'or sont également des matériaux biocompatibles que l'on peut utiliser pour des implants, par exemple dentaires, du fait de leur résistance. Il s'est avéré que, là aussi, le nouvel alliage était supérieur.

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