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Le matériau le plus léger du monde : moins d'un kilo par mètre cube !

ActualitéClassé sous :technologie , physique , nanotechnologie

En construisant un réseau métallique à l'échelle nanométrique, des chercheurs ont réalisé une sorte de nouveau matériau dont l'essentiel du volume est formé d'air. Résultat : une grande résistance, une forte élasticité et une densité de 0,9 mg/cm3, des dizaines de fois plus faible que celle du polystyrène extrudé. « C'est le principe de la Tour Eiffel » expliquent les chercheurs...

Une image étonnante réalisée sans trucage : un morceau de métal porté par une fleur de pissenlit. © Dan Little, HRL Laboratories LLC

Un mètre cube d'eau pèse une tonne : tous les écoliers le savent. Pour le même volume, l'espèce d'éponge métallique qu'une équipe américaine vient de mettre au point n'accuserait sur la balance que 900 grammes ! En polystyrène expansé (cette matière blanche servant d'isolant thermique), le même volume jaugerait 18 kg et on atteindrait 37 kg avec du polystyrène extrudé (une matière bleutée utilisée également comme isolant, et souvent appelée de son nom commercial Styrofoam).

Avec une densité de 0,9 mg/cm3, ce nouveau matériau est sans conteste le plus léger solide du monde. Il vient d'être décrit dans la revue Science par ses concepteurs, des chercheurs de l'UC Irvine (University of California, Irvine), des laboratoires HRL et du CalTech (California Institute of Technology). Il ne s’agit  pas d'une nouvelle molécule mais d'une construction à l'échelle nanométrique qui contient 99,99 % d'air. Les scientifiques ont créé un réseau de structures tubulaires en trois dimensions à l'aide d'un produit liquide qui polymérise à la lumière ultraviolette. En focalisant des faisceaux d'UV parallèles selon différentes directions, ils ont ainsi solidifié des tubes au sein du liquide. Celui-ci évacué, il reste une sorte de squelette. Ils ont ensuite déposé un film métallique sur cette structure, composé de nickel.

Vue rapprochée du treillis métallique obtenu, présenté sur une vidéo réalisée par les laboratoires HRL. © Newsyvideo/DailyMotion

La Tour Eiffel aussi est ultralégère

Puis ils ont dissous le polymère, ne laissant donc qu'une très fine architecture métallique, sorte d'entrelacs de tubules, qu'ils appellent un microtreillis, où les dimensions typiques se mesurent « en nanomètres, en microns et en millimètres ». Les caractéristiques mécaniques reposent essentiellement sur la forme de ce réseau, un peu comme une éponge. D'après les chercheurs, le matériau présente une excellente résistance mécanique et une compressibilité importante, permettant d'en réduire le volume de moitié, la pièce reprenant ensuite sa forme initiale.

« Des structures comme la Tour Eiffel ou le pont Golden Gate sont extraordinairement légères pour leur taille, explique William Carter, des laboratoires HRL dans le communiqué de presse. Nous avons transposé ce principe à l'échelle du nanomètre et du micron. »

Pour l'instant, l'innovation en reste au stade du laboratoire et le procédé de fabrication est sans doute très complexe. Mais cette réussite illustre les progrès réalisables dans le domaine des matériaux construits à l'aide de nanotechnologies. On a déjà vu des métamatériaux à indice de réfraction négatif qui laisse espérer une sorte d'invisibilité. On a vu aussi des robots équipés de pattes de gecko pour grimper sur les murs. Aurons-nous bientôt des vélos de 100 grammes ?

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