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Un plastique qui change de dureté à volonté

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Dur au sec, mou dans l'eau : ce nouveau polymère aux propriétés changeantes pourrait inaugurer une nouvelle famille de matériaux dont les caractéristiques mécaniques seraient modifiables à volonté à l'aide d'un stimulus chimique. A l'origine de cette invention : le concombre de mer. A l'horizon : de nombreuses applications, par exemple dans la lutte contre la maladie de Parkinson !

Le polymère mis au point par l'équipe, vu au microscope électronique à balayage. © Case Western Reserve University

Tous les plongeurs l'ont remarqué. La paisible holothurie, alias concombre de mer, sorte de boudin vivant sur le fond, cousin de l'étoile de mer et de l'oursin (bref, c'est un échinoderme), s'étale pour progresser mais se rétracte dès qu'elle est ennuyée par un importun. De molle qu'elle était, elle devient d'une grande dureté comme si elle venait de s'entourer d'une carapace de cuir.

Des chercheurs se sont penchés sur cette curieuse métamorphose mécanique et en ont percé le secret : dans le derme de l'holothurie se trouve un réseau de fibres de collagène (une glycoprotéine). Sous l'effet d'un stress, l'animal secrète une  substance qui déclenche une réaction entre les fibres, lesquelles deviennent plus solidaires les unes des autres, formant un tissu beaucoup plus rigide.

Rigidité réglable

Une équipe américaine de la Case Western Reserve University a imité cette nanostructure (ainsi l'appellent-ils), forte d'un premier succès en décembre 2007 avec la réalisation d'un polymère en cellulose. Un tel matériau peut voir sa rigidité varier d'un facteur 40, son module de Young (l'élasticité longitudinale) pouvant passer de 800 à 20 Mpa (mégapascals).

Christoph Weder et ses collègues (Jeffrey R. Capadona, Kadhiravan Shanmuganathan, Dustin J. Tyler, Stuart J. Rowan) viennent de faire beaucoup mieux. Dans Science, ils décrivent un polymère dont l'élasticité longitudinale varie de 4.200 à 1,6 MPa, soit un facteur 2.625. «Du CD au caoutchouc mou » résume Christoph Weder. Le facteur déclenchant est l'eau et le changement ne dure que quelques secondes. Il est également réversible. Séché, le caoutchouc redevient CD. « Nous sommes maintenant capables de réaliser un matériau dont la rigidité et la résistance peuvent être contrôlées par un stimulus chimique » s'enthousiasme ce biologiste.

Le concombre de mer, bienheureux détritivore du fond des mers, jusqu'aux plus profondes, se défend depuis des millions d'années avec une nanostructure en collagène qui épate les ingénieurs. © F. Carpenter

Des électrodes molles

L'équipe envisage déjà une application dans le domaine biomédical : la réalisation d'électrodes souples pour stimuler le système nerveux. On soigne désormais certaines affections neurologiques, comme la maladie de Parkinson, à l'aide de fines aiguilles reliées à un stimulateur et envoyant un petit courant électrique dans des zones lésées. Au laboratoire, expliquent les chercheurs, il a été observé que des microélectrodes ainsi implantées fournissent un signal dégradé au bout de quelques mois. La cause pourrait être leur rigidité trop grande, qui s'accommode mal des petits mouvements parcourant nos tissus mous. Mais au moment de l'implantation, une telle électrode doit impérativement être très rigide pour permettre un positionnement précis, à bien moins d'un millimètre près.

Une électrode dure au moment de l'implantation mais qui se ramollirait ensuite pourrait constituer une solution élégante à ce problème. « C'est pour cela que nous avons d'abord mis au point un polymère qui répond à l'eau » confie Christoph Weder. Ces recherches sont financées par le Departments of Veterans Affairs, un service d'Etat qui s'occupe des soldats blessés au combat.

Moralité : il est bon de s'intéresser aux holothuries...

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