Des ingénieurs de l'université RMIT dévoilent un matériau ultra résistant inspiré de l'éponge en forme de panier de fleurs de Vénus. Combinant une rigidité remarquable et des capacités d'absorption d'énergie, cette innovation promet des avancées significatives dans le domaine de la construction et dans d'autres domaines.
Inspirés par le squelette complexe de l'éponge des profondeurs, connue sous le nom de panier de fleurs de Vénus, les ingénieurs de l'université RMIT ont développé un matériau révolutionnaire doté d'une résistance à la compression et d'une rigidité inégalées. Cette nouvelle conception, une structure à double treillis, a le potentiel de redéfinir les conceptions architecturales et de produits à l'échelle mondiale.
Dirigée par Jiaming Ma, chercheur postdoctoral au Centre pour les structures et matériaux innovants (CISM) du RMIT, l'équipe a exploré les propriétés uniques de l'éponge panier de fleurs de Vénus, qui prospère dans les profondeurs de l'océan Pacifique.
Leur étude a révélé que le squelette de l'éponge allie rigidité et résistance, ainsi que sa capacité à se contracter sous compression, une propriété connue sous le nom de comportement auxétique. Contrairement aux matériaux traditionnels qui s'amincissent lorsqu'ils sont étirés ou s'épaississent lorsqu'ils sont comprimés, les auxétiques font le contraire.
« Alors que la plupart des matériaux deviennent plus fins lorsqu'ils sont étirés ou plus gros lorsqu'ils sont écrasés, comme le caoutchouc, les auxétiques font le contraire », a déclaré Ma dans un article. communiqué de presse« Les Auxetics peuvent absorber et distribuer efficacement l’énergie d’impact, ce qui les rend extrêmement utiles. »
Les auxétiques ne sont pas entièrement nouveaux. Les tendons et la peau de chat en sont des exemples naturels, tandis que les auxétiques synthétiques ont été utilisés pour étendre les stents médicaux. Cependant, leur application a été limitée en raison de leur faible rigidité et de leur faible capacité d'absorption d'énergie, des limitations que cette nouvelle conception à double treillis surmonte efficacement.
« Chaque réseau pris séparément a un comportement de déformation traditionnel, mais si vous les combinez comme le fait la nature dans l'éponge des grands fonds, alors il s'auto-régule et conserve sa forme et surpasse les matériaux similaires par une marge assez significative », a ajouté Ma.
Les conclusions de l'équipe, publié Les auteurs de l'étude, dans Composite Structures, ont révélé que leur conception en treillis est 13 fois plus rigide que les matériaux auxétiques existants, qui sont souvent basés sur des structures en nid d'abeilles rentrantes. Fait remarquable, il présente également une plage de déformation 60 % plus grande et peut absorber 10 % d'énergie en plus.
Légende: La structure à double treillis de l'équipe (à gauche) surpasse la conception standard en nid d'abeille rentrant (à droite).
Crédit: Université RMIT
Ngoc San Ha, professeur d’ingénierie civile et d’infrastructure au RMIT, a souligné le potentiel transformateur de ce matériau bioinspiré.
« Ce treillis auxétique bioinspiré constitue la base la plus solide à ce jour pour nous permettre de développer la prochaine génération de bâtiments durables », a-t-il déclaré dans le communiqué de presse. « Notre métamatériau auxétique à haute rigidité et absorption d'énergie pourrait offrir des avantages significatifs dans de nombreux secteurs, des matériaux de construction aux équipements de protection et de sport ou aux applications médicales. »
L’une des applications les plus immédiates pourrait être dans le secteur de la construction. La structure en treillis auxétique a le potentiel de fonctionner comme une ossature de bâtiment en acier, réduisant ainsi le besoin d’acier et de béton en excès sans compromettre l’intégrité structurelle. Elle pourrait également ouvrir la voie à des innovations dans les équipements sportifs légers, les gilets pare-balles et les implants médicaux.
Mike Xie, professeur honoraire du RMIT, a salué l'inspiration du projet tirée de la nature, ajoutant : « Non seulement le biomimétisme crée des designs magnifiques et élégants comme celui-ci, mais il crée également des designs intelligents qui ont été optimisés au cours de millions d'années d'évolution dont nous pouvons tirer des leçons. »
Actuellement, l’équipe du RMIT a testé la conception à l’aide de simulations informatiques et d’échantillons imprimés en 3D en polyuréthane thermoplastique.
La phase suivante consiste à produire des versions en acier à intégrer au béton et à la terre battue dans les projets de construction. Ma a fait allusion aux implications plus larges de leur travail.
« Bien que cette conception puisse avoir des applications prometteuses dans les équipements sportifs, les EPI et les applications médicales, nous nous concentrons principalement sur l'aspect bâtiment et construction », a ajouté Ma.
« Nous développons un matériau de construction plus durable en utilisant la combinaison unique de nos propriétés auxétiques, de rigidité et d'absorption d'énergie pour réduire l'utilisation d'acier et de ciment dans la construction », a-t-il poursuivi. « Ses caractéristiques auxétiques et d'absorption d'énergie pourraient également contribuer à amortir les vibrations lors des tremblements de terre. »
En outre, l’équipe prévoit de combiner cette conception innovante avec des algorithmes d’apprentissage automatique pour créer des matériaux programmables, inaugurant ainsi potentiellement une nouvelle ère de matériaux intelligents hautement optimisés.