Des chercheurs du California Institute of Technology (Caltech) ont développé une nouvelle classe de matière, le Polycatenated Architected Material ou PAM. Du jamais vu auparavant, ce nouveau matériau se comporte à la fois comme un solide et comme un grain. Une particularité qui lui permettrait d’être utilisé dans divers domaines. Les scientifiques ont eu recours à la modélisation 3D dans la conception de cette « cotte de mailles » un peu particulière. Leur recherche, financée entre autres par l’Army Research Office, le Gary Clinard Innovation Fund et le ministère américain de l’Énergie, est publiée dans la revue Science.
Une nouvelle classe de matière ?
Comme susmentionné, les PAM ont pour particularité de se comporter comme un solide lorsqu’ils sont comprimés. Et ils agissent comme un grain, à l’instar du sable et du riz, lorsqu’ils sont soumis à une force pure ou latérale. Les scientifiques expliquent que ces matériaux architecturés polycaténés sont constitués d’une variété de formes liées entre elles pour former des motifs tridimensionnels et s’adaptent au mouvement en réorganisant leur structure. Cela leur permet de prendre la forme de substances spongieuses ou métalliques. Des comportements que l’on ne trouve pas dans d’autres types de matériaux, indique Chiara Daraio, professeure de génie mécanique et de physique appliquée, qui les considèrent comme une véritable « nouvelle classe de matière ». « Avec les PAM, les particules individuelles sont liées comme elles le sont dans les structures cristallines […] Ces particules sont libres de se déplacer les unes par rapport aux autres, elles s’écoulent, elles glissent les unes sur les autres et elles changent de position relative, un peu comme des grains de sable », explique-t-elle.
Tests et modélisation 3D
Les chercheurs ont utilisé la modélisation informatique, l’impression 3D et divers matériaux (polymères acryliques, nylon et métaux) dans la conception des PAM. Selon eux, ces derniers ont d’abord été modélisés sur ordinateur et conçus pour reproduire les structures en treillis dans les solides cristallins. Sauf que les particules fixes ont été remplacées par des anneaux ou des cages enchevêtrées à plusieurs côtés, une structure qui rappelle un peu celle de la cotte de mailles. Une fois les premiers prototypes conçus (des cubes et des sphères de 5 cm de diamètre), l’équipe de recherche les aurait testés en les exposant à divers types de contraintes physiques. « Nous avons commencé par la compression, en comprimant les objets un peu plus fort à chaque fois. Ensuite, nous avons essayé un simple cisaillement, une force latérale, comme celle que vous appliqueriez si vous essayiez de déchirer le matériau. Enfin, nous avons effectué des tests rhéologiques pour voir comment les matériaux réagissaient à la torsion, d’abord lentement, puis plus rapidement et plus fortement », souligne Wenjie Zhou, chercheur postdoctoral dans le laboratoire Caltech.
Diverses applications possibles
Pour les chercheurs, ce nouveau matériau pourrait être utilisé dans divers domaines, allant des casques et autres équipements de protection aux appareils biomédicaux et à la robotique. Le fait est que les PAM se dilatent ou se contractent en réponse à des charges électriques appliquées et à des forces physiques. Des propriétés qui peuvent être utiles, entre autres, dans la fabrication d’équipements de protection et d’isolation. Liuchi Li, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l’Université de Princeton, se dit être enthousiaste quant à l’avenir de ces matériaux architecturés polycaténés.
« Nous pouvons envisager d’intégrer des techniques avancées d’intelligence artificielle pour accélérer l’exploration de ce vaste espace de conception. Nous ne faisons qu’effleurer la surface de ce qui est possible », a-t-il conclu. Vous trouverez plus d’informations sur caltech.edu. L’avenir nous dira si cette « nouvelle matière » trouve des débouchés, que pensez-vous de ces PAM ? Je vous invite à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .