Optimisation, fabrication et évaluation de nouveaux matériaux composites tri-dimensionnels inspirés de la nacre

 

François Barthelat

Université McGill

 

Domaine : matériaux

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2015-2016

La nature produit des matériaux extrêmement performants, qui deviennent une importante source d'inspiration pour les ingénieurs. Dans ce domaine 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. Les structures et mécanismes responsables des performances de la nacre sont maintenant bien compris, mais répliquer ces structures dans des matériaux d'ingénierie présente encore des défis majeurs. Ce projet consiste à développer de nouvelles stratégies pour fabriquer des composites inspirés de la nacre. Un de ces matériaux va être obtenu en gravant au laser, dans des plaques de verre, des structures similaire à la nacre. Aux interfaces, des polymères aux propriétés optimisées chimiquement vont imiter les protéines
de la nacre, générant larges déformations et résistance à la fracture et aux impacts. Ce nouveaux type de verre multicouche va surpasser le verre feuilleté, et va trouver des applications dans les verres architecturaux, les verres pare-balle et des écrans tactiles. Un autre composite développé dans ce projet va se baser sur des tablettes de céramique microscopiques fabriquées par fissures contrôlées par traitement thermiques, et qui seront
ensuite assemblées en multicouche par un procédé de transfert par bande adhésive. Ces matériaux vont trouver des applications dans le biomédical (implants osseux), ainsi que dans l'aérospatiale et la défense. Ce projet va aussi démontrer que par la biomimétique de nouvelles combinaisons de rigidité et de résistance à la fracture sont accessibles.