Comment rendre une plaque de verre plus résistante? En l'affaiblissant par des micro-fissures, judicieusement réparties à sa surface, pour mieux lui permettre d'encaisser les chocs en se déformant, assurent, preuve à l'appui, des chercheurs d'une université canadienne.
Et c'est une fois de plus dans la nature que les scientifiques sont allés chercher leur source d'inspiration.
"Les dents, les os et les coquilles des mollusques sont fait de minéraux aussi fragiles que de la craie, mais il sont bien connus pour leur haute résistance à la fracture, qui est plus grande que nos meilleurs verres et céramiques industrielles", déclare à l'AFP François Barthelat, du département d'ingénierie mécanique de l'Université McGill à Montréal.
L'émail des dents ou les coquillages sont constitués à plus de 95% de minéraux, ce qui devrait les rendre particulièrement fragiles et cassants. En réalité, la nacre est 3.000 fois plus résiliente que le minéral dont elle est faite, indique l'étude, publiée mardi dans la revue Nature Communications.
Cette faculté est liée à la façon dont les "briques" qui constituent ces matériaux naturels sont agencées les unes par rapport aux autres. Leur structure interne est en effet parcourue "d'interfaces faibles", autrement dit des lignes de fracture à l'échelle microscopique qui permettent d'absorber davantage d'énergie en se déformant sous la pression.
Pour imiter ces structures, les ingénieurs partent en général des briques de matière pour les assembler selon l'architecture souhaitée. C'est comme "faire un mur avec des Legos sauf que dans ce cas les blocs sont microscopiques, ce qui rend la tâche extrêmement difficile", explique François Barthelat.
Pour contourner la difficulté, le chercheur a pris le problème à l'envers et ajouté la microstructure à un matériau brut déjà existant. Il leur a suffi d'un laser pour graver des fissures microscopiques (un millième de millimètre) dans des lames de verre, puis de les combler avec un polymère, pour obtenir un verre "200 fois plus résilient" que l'original.
"Par exemple, un récipient fait d'un verre conventionnel va se fracturer en mille morceaux s'il tombe sur le plancher. Un récipient fait de notre verre bio-inspiré a la possibilité de se déformer un peu s'il tombe, mais ne va pas se casser complètement", déclare le chercheur.
"Notre verre gravé peut s'allonger de presque 5% avant de casser", alors qu'un verre ordinaire casse dès que la déformation dépasse 0,1%, souligne M. Barthelat.
Des performances qui seraient selon lui très utiles pour des fenêtres pare-balles, des hublots, des verres de lunettes ou même des écrans tactiles pour téléphone.
Le procédé "est très économique", assure-t-il. "Tout ce qu'il faut, c'est un laser pulsé qui peut cibler avec précision des points prédéterminés. Cette technique peut facilement être appliquée à plus grande échelle" et des essais sont déjà en cours sur d'autres types de matériaux que le verre.
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