Des matériaux aussi légers que la mousse et solides comme l’acier.
Des chercheurs de l’Université de Toronto ont annoncé avoir créé un nouveau type de matériaux nano-architecturés, qui semblent tout droit sortis d’un récit de science-fiction puisqu’ayant la résistance de l’acier tout en étant aussi légers que le polystyrène expansé. Cette percée technologique promet de bouleverser les industries de l’automobile à l’aérospatiale avec des implications vastes et diverses.
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Un bond en avant pour les matériaux composites avec des structures nano-architecturées
Ces nouveaux matériaux représentent une révolution dans le domaine des composites. Les chercheurs ont mis au point des structures nano-architecturées, constituées de minuscules blocs de construction de quelques centaines de nanomètres. Ces structures sont conçues pour exploiter l’effet « Smaller is stronger » (en français plus c’est petit, plus c’est fort), atteignant des ratios de résistance et de rigidité par rapport au poids exceptionnellement élevés.
Qu’est-ce qu’un composite ?
Les matériaux composites sont constitués d’au moins deux composants distincts : une matrice (généralement une résine) et un renfort (souvent des fibres). Cette combinaison permet d’obtenir des propriétés supérieures à celles des matériaux individuels. Les composites offrent un excellent rapport résistance/poids, une grande rigidité et une résistance à la corrosion, ce qui les rend particulièrement attractifs pour l’industrie aérospatiale, automobile et marine. Les fibres les plus couramment utilisées sont le carbone, le verre et l’aramide, tandis que les matrices peuvent être thermodurcissables ou thermoplastiques. L’industrie des composites connaît une croissance rapide, avec un marché mondial estimé à plus de 90 milliards de dollars en 2023, porté par l’innovation continue et la demande croissante de matériaux légers et performants dans divers secteurs.
Défis et solutions innovantes via l’apprentissage automatique
Peter Serles, le premier auteur de l’étude, a indiqué que les formes de treillis standards, bien que performantes en théorie, souffrent de concentrations de contraintes aux intersections, conduisant souvent à des défaillances précoces. Pour résoudre ce problème, l’équipe a employé une approche novatrice : l’utilisation d’un algorithme d’optimisation bayésienne multi-objectifs. Cette Intelligence Artificielle a été formée sur des géométries simulées pour identifier les meilleures configurations possibles, améliorant ainsi la distribution des contraintes et la résilience du matériau.
Réalisations concrètes et potentiel disruptif
Les applications potentielles de ces matériaux nano-architecturés sont vastes. Ils pourraient notamment révolutionner le secteur aérospatial en permettant la fabrication de composants ultralégers pour avions, hélicoptères et engins spatiaux, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions de CO2. En remplaçant les matériaux traditionnels comme le titane par ces nouveaux composites, les économies de carburant pourraient atteindre 80 litres par an et par kilogramme de matériau remplacé.
Vers la commercialisation et l’évolution des normes industrielles
L’équipe de recherche s’attèle désormais à l’amélioration de la mise à l’échelle de ces designs pour la production de composants macroscopiques rentables. Ce processus comprend non seulement l’optimisation des matériaux eux-mêmes mais aussi l’adaptation des processus de fabrication industrielle pour intégrer ces innovations.
Une structure cachée découverte dans le noyau terrestre intrigue les chercheurs
Cet article explore la manière dont les matériaux nano-architecturés développés par l’Université de Toronto pourraient révolutionner l’industrie aérospatiale, offrant une alternative plus légère et tout aussi résistante que l’acier traditionnel. En utilisant des stratégies innovantes telles que l’optimisation par intelligence artificielle, ces matériaux pourraient transformer de nombreux secteurs industriels, propulsant ainsi une nouvelle ère de durabilité et d’efficacité énergétique.
Source : Université de Toronto
