Quels sont les secrets des matériaux autocicatrisants ? © leonidis97, Fotolia

Sciences

Comment fonctionnent les matériaux autoréparants ?

Question/RéponseClassé sous :chimie , matériau auto-réparant , matériau intelligent

Comme les blessures ou les fractures chez les organismes vivants, certains matériaux ont la capacité de s'autocicatriser. Voici les stratégies chimiques et physiques pour leur donner cette propriété.

Béton, verre, polymères, textiles... Il existe de nombreux matériaux dits autoréparants qui peuvent « cicatriser » à l'instar d'une plaie ou d'une fracture. C'est d'ailleurs souvent en s'inspirant de mécanismes biologiques que les chercheurs les ont mis au point. Les applications possibles vont de l'écran de smartphone brisé à la robotique en passant par les carrosseries de voiture, les ailes d'avion ou encore les vaisseaux spatiaux. Chaque matériau nécessite un processus différent en fonction de sa nature et de son contexte d'utilisation, mais on peut tout de même distinguer deux grandes catégories de mécanismes.

Le microencapsulage

Dans les matériaux à base de microcapsules, une sorte de « colle » est intégrée dans de minuscules sphères qui se rompent en cas de dégât. Cet agent cicatrisant est activé par un autre agent polymérisant qui le solidifie. Ce mécanisme est assez efficace et permet notamment l'autoréparation des microfissures indétectables à l'œil nu. Il est par exemple utilisé dans le béton autoréparant, dans lequel on intègre des microcapsules de polymères ou même des bactéries. L'inconvénient est que cette microencapsulation tend à modifier les propriétés initiales du matériau (par exemple sa dureté ou son étanchéité) et que le mécanisme ne peut servir qu'une seule fois.

Les matériaux supramoléculaires possèdent des liaisons faibles qui peuvent facilement se défaire et se refaire, par exemple sous l’effet de la chaleur. © Céline Deluzarche, Futura, d’après Kunhao Yu et al, NPG Asia Materials, 2019

Les matériaux à autocicatrisation intrinsèque

Ces matériaux possèdent dans leur nature moléculaire la capacité à s'autoassembler en cas de coupure. Leurs molécules sont reliées entre elles par des liaisons faibles, par exemple des liaisons hydrogènes, qui se défont et se refont aisément. Appelés « supramoléculaires », ces matériaux peuvent être sectionnés puis reconstitués sans que leurs propriétés ne soient altérées. Avantage : le mécanisme est réversible, et peut donc être utilisé à plusieurs reprises. En contrepartie, l'autocicatrisation intrinsèque tend à être moins efficace, car la restauration des liaisons chimiques exige une grande proximité. Deuxième inconvénient : il faut généralement chauffer la zone sinistrée pour rétablir les liaisons. Enfin, ce type de matériau demeure généralement mou et caoutchouteux, ce qui limite ses applications.

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