Dans une avancée scientifique majeure, les chercheurs du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) aux États-Unis ont développé une technique innovante qui promet de révolutionner la fabrication des matériaux composites utilisés dans les industries automobile, aérospatiale et des énergies renouvelables.
Cette méthode, non conventionnelle, vise à renforcer considérablement la résistance et la durabilité de ces matériaux face aux contraintes mécaniques ou structurelles.
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Un Défi de Taille pour les Composites
Les matériaux composites renforcés par fibres sont déjà appréciés pour leur légèreté et leur résistance relative par rapport aux métaux, ainsi que pour leur résistance à la corrosion et à la fatigue. Toutefois, ils sont particulièrement vulnérables aux dommages causés par les contraintes, en raison de l’hétérogénéité entre les fibres rigides et la matrice souple qui les compose. Le point critique de cette composition est l’interface entre ces deux matériaux, dont la performance influence directement les propriétés mécaniques du composite.
Innovation dans la Conception des Interfaces
L’équipe de recherche de l’ORNL, dirigée par Sumit Gupta, a mis au point une méthode consistant à déposer des nanofibres thermoplastiques à la manière de toiles d’araignée pour créer un réseau de support chimique renforçant cette interface. Cette approche se distingue des méthodes conventionnelles, souvent coûteuses et inefficaces, qui se contentent de recouvrir les surfaces des fibres avec des polymères ou de construire un échafaudage rigide pour améliorer l’adhérence entre la fibre et la matrice.
Des Résultats Prometteurs
Le processus mis en œuvre par l’ORNL permet d’augmenter la résistance des composites de près de 60% et leur robustesse de 100%. Ces améliorations sont obtenues grâce à une méthode simple, évolutive et économique, ouvrant ainsi des perspectives inédites pour l’utilisation de ces matériaux dans notre quotidien, des véhicules aux aéronefs.
Applications Potentielles et Transfert Technologique
Reconnaissant le potentiel de leur découverte, l’équipe de Christopher Bowland à l’ORNL a déjà entamé des démarches pour protéger cette innovation par un brevet, en collaboration avec l’équipe de Transfert Technologique du laboratoire. L’objectif est de faciliter la transition de cette technologie vers des applications commerciales, maximisant ainsi son impact sociétal.
Futurs Axes de Recherche
Les recherches futures se concentreront sur l’exploration de différents systèmes de fibres et de matrices ayant des groupes chimiques compatibles, et sur l’étude approfondie des nanofibres elles-mêmes pour en augmenter encore la résistance. Ces études permettront d’affiner la technique et de maximiser les bénéfices des composites renforcés dans diverses applications.
Impact sur l’Efficacité des Véhicules et la Durabilité
Cette étude s’inscrit dans le cadre du Composites Core Program 2.0 du programme de technologie des matériaux au bureau des technologies des véhicules du département de l’Énergie. Le programme vise à remplacer les composants en acier plus lourds par des composites en fibres de carbone, qui offrent actuellement le meilleur potentiel de réduction de poids. Le renforcement des interfaces dans les composites hautes performances pourrait ainsi réduire la fraction volumique de fibres nécessaire, améliorant la réduction de masse et l’efficacité des coûts des structures composites.
Cet article explore une avancée significative dans le renforcement des matériaux composites, cruciaux pour les industries de l’automobile, de l’aérospatiale et des énergies renouvelables. En améliorant la résistance et la durabilité de ces matériaux, les chercheurs du Oak Ridge National Laboratory ouvrent la voie à des applications plus larges et plus efficaces, tout en réduisant les coûts et l’impact environnemental.
Source : Oneline library Wiley
