Après avoir facilement entamé la surface, la scie n'arrive pas à pénétrer en profondeur. © Stefan Szyniszewski et al, Scientific Reports, 2020

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En vidéo : des chercheurs créent le premier matériau « impossible à couper »

ActualitéClassé sous :Matière , composé métallique , céramique

[EN VIDÉO] Des chercheurs créent le premier matériau «impossible à couper»  Inspiré de la peau de pamplemousse et de la nacre, ce matériau utilise les vibrations provoquées par la scie pour les retourner contre elle. Ainsi, la scie s’auto-détruit en essayant de l’entamer ! Il pourrait servir à fabriquer des cadenas de vélo ou des blindages ultra-légers. 

Inspiré de la peau de pamplemousse et de la nacre, ce matériau utilise les vibrations provoquées par la scie pour les retourner contre elle. Ainsi, la scie s'autodétruit en essayant de l'entamer ! Il pourrait servir à fabriquer des cadenas de vélo ou des blindages ultralégers.

Ses créateurs l'ont appelé Proteus, du nom du dieu grec Protée doué du don de métamorphose. Et pour cause : ce matériau change de structure lorsqu'il est agressé par un outil de coupe ou un jet d'eau puissant, de telle sorte que la force de l'outil se retourne contre lui. Un peu comme au judo, où l'on utilise la force de l'adversaire pour le renverser. « Proteus est le premier matériau créé par l'Homme et impossible à couper », affirme Stefan Szyniszewski, professeur en mécanique appliquée à l'université de Durham (Royaume-Uni) et l'un des créateurs. Il existe déjà des matériaux ultra-solides comme le diamant. Mais, même le diamant peut être découpé et sculpté avec des outils eux aussi en diamant. Proteus, lui, se distingue par sa structure qui lui confère une protection « active ».

Une « mousse » de métal ultralégère remplie de billes de céramique

Proteus - 85 % moins dense que le métal - est constitué de sphères en céramique d'alumine de 13 millimètres de diamètre imbriquées dans une sorte de mousse métallique. « Plutôt que d'essayer d'empêcher la fragmentation des particules de céramique en utilisant le matériau le plus dur disponible (c'est-à-dire avec la plus grande pureté), nous avons utilisé des sphères d'alumine avec une faible densité de grains pour favoriser leur destruction », décrit Stefan Szyniszewski. Lorsqu'il est coupé avec une meuleuse, les fragments de céramique remplissent la matrice de la mousse métallique, qui durcit au fur et à mesure que la vitesse de l'outil de coupe augmente.

La tige en métal est à peine endommagée par la scie, comme on peut le voir sur l’image de coupe aux rayons à droite. © Stefan Szyniszewski et al, Scientific Reports, 2020

Parallèlement, l'action de la scie met les particules de céramique en vibration qui vont alors émousser le tranchant du disque. « C'est comme essayer de couper à travers une gelée remplie de pépites, illustre Stefan Szyniszewski. Quand vous passez à travers la gelée, vous frappez les pépites et le matériau vibre de telle sorte qu'il détruit le disque de coupe ou la mèche de forage ». Les jets d'eau sont également inefficaces car les surfaces courbes des sphères en céramique dispersent le jet pour réduire considérablement sa vitesse et affaiblir sa capacité de coupe.

Le disque de coupe avant et après le test. Attaqué par le matériau, son diamètre a été réduit de 65 %. © Stefan Szyniszewski et al, Scientific Reports, 2020

Inspiré du pamplemousse et de la nacre

Comme souvent, les chercheurs se sont inspirés de la nature. « Contrairement aux métaux, fabriqués par l'Homme, la nature a créé des matériaux susceptibles de se transformer dans certaines conditions », explique Stefan Szyniszewski dans l'étude parue dans la revue Scientific Reports. « Prenez par exemple le pamplemousse : même lorsqu'il tombe de 10 mètres de haut, sa pulpe reste intacte à l'intérieur grâce à la structure des cellules de sa peau ». Les chercheurs ont aussi pris leur inspiration chez les ormeaux, des coquillages marins dont la nacre est réputée pour sa résistance grâce à sa configuration en multicouches. Depuis plusieurs années, les chercheurs travaillent sur des polymères capables de se métamorphoser lorsqu'ils sont soumis à un choc ou une agression extérieure. Certains sont ainsi capables d'absorber ou de disperser les ondes de choc. L'approche « d'autodéfense » de Proteus, qui retourne la force de l'outil de coupe contre l'outil, est inédite.

Les chercheurs entrevoient une multitude d'applications pour ce matériau, comme des cadenas à vélo indestructibles, des blindages de véhicules ultralégers ou des équipements de protection pour les personnes qui travaillent avec des outils de coupe ou des broyeurs.

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