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Du verre résistant comme des dents

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Fragile, le verre ? En le traitant à l’aide d’un laser, des chercheurs canadiens l’ont rendu 200 fois plus résistant que le verre non traité. Une solution qui s’inspire de l’efficacité de certains matériaux d’origine biologique.

Du verre résistant comme des dents

C’est plutôt paradoxal : pour rendre un matériau plus résistant, le mieux est d’y introduire des points de faiblesse. C’est ce qu’ont fait les chercheurs de l’université McGill de Montréal, en traitant du verre avec un laser, pour y graver dans la masse un réseau 3D de micro fissures. Les plaques de verre obtenues sont beaucoup moins cassantes que les plaques initiales, et si en plus on infiltre les micro fissures avec du polyuréthane, le verre devient 200 fois plus résistant !

C’est une équipe du Laboratoire des matériaux biomimétiques de l’université McGil qui a eu cette idée, en observant dans le détail des matériaux comme la coquille des mollusques, ou l’émail dentaire. En effet, ces matières, réputées pour leur résistance, ont en commun d’être constituées d’empilements de petites structures minérales (aiguilles, tablettes…), à différentes échelles, enrobées dans une matière plus malléable. Cette structure a pour effet de dissiper efficacement l’énergie d’une contrainte qui s’exerce sur le matériau – un choc, par exemple - et donc d’augmenter sa résistance.

Piéger les fissures

Le phénomène est bien connu des chercheurs en biomatériaux : quand une fissure se crée en surface, elle chemine à travers le dédale de la structure où elle perd rapidement son énergie, ce qui empêche sa propagation. Le problème, c’est qu’il est difficile de fabriquer artificiellement, en verre ou en céramique, cette architecture délicate que la nature a mis quelques millions d’années à mettre au point.

Les chercheurs de McGill ont donc contourné la difficulté. Pour recréer le dédale qui piège les fissures et bloque leur propagation, ils traitent un verre existant avec un laser. Ils utilisent un laser dans l’ultra-violet, qui traverse le verre sans être absorbé, sauf au point où il est focalisé. En pilotant le faisceau laser à travers la masse du verre, ils ont donc pu engendrer localement des milliers de micro fissures. Et en jouant sur la puissance du laser et la distance entre les micro fissures, ils ont créé dans le verre le réseau qui donne la meilleure résistance. L’infiltration de polyuréthane améliore encore les qualités du matériau, mais n’est pas indispensable. La méthode pourrait être déclinée sur d’autres matériaux cassants.

Thierry Lucas

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