Microfabrication et auto-assemblage de matériaux biomimétiques à haute performance inspirés de la nacre

 

Francois Barthelat

Université McGill

 

Domaine : matériaux

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2010-2011

La nature produit des matériaux extrêmement efficaces, qui deviennent une importante source d'inspiration pour les ingénieurs. Dans le domaine des matériaux naturels durs, la nacre, le matériau des perles, fait figure de modèle. La nacre est 3000 fois plus résistante à la fracture que le carbonate de calcium, le fragile minéral dont elle est composée à plus de 95%. Ce degré d'amélioration n'est à ce jour réalisé par aucun matériau artificiel, mais la nature nous démontre qu'il est possible.

Dans ce projet un nouveau matériau composite imitant la nacre est fabriqué. De microscopiques tablettes de silicium vont être fabriquées par des procédés de microfabrication. Ces tablettes vont être ensuite auto-assemblées en de larges structures tridimensionnelles, par un procédé de couches successives de chitosan polyélectrolytique. La microstructure de ce matériau est conçue pour dupliquer un mécanisme unique observé dans la nacre naturelle : sous contraintes mécaniques les tablettes glissent les unes sur les autres de manière stable et contrôlée, transformant le fragile silicium en matériau ductile avec une résistance à la fracture décuplée de plusieurs ordres de magnitude. Ce nouveaux matériau, un premier dans son genre, va démontrer que (i) l'auto assemblage, une méthode simple et très efficace énergétiquement, peut être employé pour la fabrication de matériaux structurels et que (ii) par la biomimétique et un contrôle suffisant de la microstructure, des matériaux offrant de nouvelles combinaisons de rigidité et de résistance à la fracture sont accessibles.