Des chercheurs de l’université de Toronto, au Canada, en collaboration avec leurs collègues Sud-Coréens du KAIST, ont mis au point des matériaux révolutionnaires ultra-résistants et légers, à partir d’acier au carbone et de polystyrène. Ces nanomatériaux pourraient permettre de créer des composants pour les avions notamment, diminuant ainsi leur empreinte carbone de manière significative. Selon Peter Serles, l’auteur principal de l’étude, ces matériaux nano-architecturés combinent des formes géométriques à des tailles nanométriques. Ils atteignent des rapports poids/résistance et rigidité/poids quasi inégalés.
L'étude souligne que les formes et géométries initialement utilisées « ont tendance à présenter des intersections et des angles aigus, ce qui pose le problème des concentrations de stress ». Cela a pour effet de limiter leur potentiel global en provoquant une rupture des matériaux. Pour faire face à ce problème, Peter Serles et le professeur Tobin Filleter ont collaboré avec d’autres chercheurs du Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) à Daejeon, en Corée du Sud. L’équipe du KAIST a utilisé un algorithme d’apprentissage automatique, qui a permis, à partir de géométries simulées, de prédire les meilleures géométries possibles pour améliorer la distribution du stress et le rapport résistance/poids des conceptions nano-architecturées.
Ces matériaux sont constitués de minuscules blocs de construction ou d’unités répétitives, mesurant quelques centaines de nanomètres. Il en faudrait ainsi plus de 100 alignés pour atteindre l’épaisseur d’un cheveu. Les chercheurs, eux, ont été particulièrement surpris par le résultat généré par l’algorithme. « Il ne s’est pas contenté de reproduire les géométries réussies à partir de données d’apprentissage, il a appris à partir des changements de forme qui ont fonctionné et de ceux qui n’ont pas fonctionné, ce qui lui a permis de prédire des géométries de treillis entièrement nouvelles », s’enthousiasme Peter Serles.
Ces nouveaux matériaux devraient permettre de concevoir des composants ultra-légers pour les avions, les hélicoptères et les engins spatiaux, afin de réduire la consommation de carburant tout en préservant la sécurité et les performances de ces deniers. Peter Serles l’assure, « si l’on remplaçait les composants en titane d’un avion par ce matériau, on économiserait 80 litres de carburant par an pour chaque kilogramme de matériaux remplacé ».
Interesting Engineering : https://interestingengineering.com/innovation/breakthrough-materials-steel-strength-light-weight
