Les matériaux intelligents

Compte rendu du b'art du 28 Avril 2007  (16 ème du nom)

(par Didier)

"Les matériaux intelligents "

Tout d'abord je tiens à m'excuser auprès de notre ami Michel pour n'avoir pas porté de vidéo projecteur comme promis.. Pardon Michel ! Ta conférence n'en fut pas moins animée, agréable et instructive.

Tout d'abord, Michel revient sur cette appellation de matériaux "intelligents". Les anglais utilisent le terme beaucoup mieux approprié de "smart": malin, élégant. "L'intelligence" telle que les humains la connaissent (disons presque tous les humains.. .) n'apparaissant pas en fait dans ces matériaux.

Il existe deux sortes de matériaux intelligents :

- les fonctionnels = "eux-mêmes intelligents" (exemple : la vitre)

- les structuraux = dont seule la structure est étudiée (exemple : la chaise).

Depuis le début des temps, les hommes ont recherché des matériaux , naturels ou non, pour les seconder : le bois, la pierre, puis le cuivre, le bronze et enfin le fer. Aujourd'hui, ces matériaux sont bien mieux élaborés : le béton, les composites, le carbone, le verre, ces derniers entrant souvent dans des technologies de pointe : l'aéronautique, la marine, l'habitat.

Ainsi, les nouvelles technologies et les recherches scientifiques permettent de fournir à ces matériaux des particularités fonctionnelles et précises :

- Les vitres s'assombrissent, deviennent opaques à volonté, sans aucune intervention manuelle.

- Certains matériaux soumis à une impulsion solaire ou électrique voient leur forme, leur couleur, leur température, leur élasticité changer.

Bref, les matériaux s'adaptent à leur environnement.

Si l'on se penche plus précisément sur la constitution de ces matériaux, on se rend compte qu'en fait, c'est toute leur structure qui relève de la haute technologie.

Composés de quartz (comme les montres)

de cristaux liquides (comme les écrans des téléviseurs actuels, appareils photos, montres digitales etc)

ces matériaux vibrent, répondent à des critères que l'intelligence humaine a vraiment créée :

Pour les montres à quartz, ce sont les coupures répétées et régulières des impulsions fournies par la pile intégrée qui donne l'heure : la pile fonctionne, puis s'arrête etc.

Pour les téléviseurs avec écran à cristaux liquides, ces cristaux, à l'état initial "se promènent "de façon aléatoire. Ils ne sont pas liés, mais circulent dans un matériau fluide.

En cas d'impulsion électrique, on éclaire ces cristaux ; la lumière est dispersée et réfléchie par ces cristaux, lesquels se "regroupent" en une polarisation précise pour former une image (selon les 3 critères bien connus des couleurs fondamentales : le bleu, le vert, le rouge, couleurs indispensables à la palette universelle des tons.)

Ce procédé de "mosaïque de cristaux associés entre eux"  laisse présager dans un avenir proche, tout un tas d'avancées technologiques intéressantes.

D'autres matériaux intelligents existent également : ce sont par exemple les matériaux équipés de sonars pour renvoyer les ultrasons. Ces renvois changent de forme et d'intensité en cas d'obstacle, informant ainsi l'homme des dangers imminents. Rappelons que c'est Pierre Curie qui inventa le sonar.

Michel évoque alors les vitres qui s'assombrissent seules sous l'impulsion du soleil ou par télécommande. Vitres essentiellement conçues pour l'instant par la société Saint-Gobin (et dont le coût avoisine de 2 à 3000 euros le m²...)

Il nous parle ensuite des alliages à mémoire de forme (ce sont ses termes), alliages à base de nickel et titane, de fer et manganèse + quelques additifs ; matériaux permettant, de se déformer sous l'effet de la chaleur et de retrouver leur forme initiale après refroidissement.

1- Ces matériaux sont très utiles dans l'automobile (exemple : le ventilateur qui s'enclenche automatiquement en fonction des variations de température et ce, sans aucune intervention humaine et sans aucun coût annexe).

2- De même pour les montures de lunettes devenues dès lors indéformables et incassables.

3- Les rivets  en aéronautique, qui s'appliquent à chaud et qui, une fois refroidis, prennent leur forme exacte sans aucun choc.

4- Les agrafes dans le biomédical, qui, chauffées, ramènent en contact les os brisés pour permettre une meilleure cicatrisation. Tout comme les "stents", petits appareils munis de petits trous (comme une pomme d'arrosoir) , qui introduits dans les artères bouchées, se déploient pourévacuer d'éventuels caillots de sang.

Michel évoque ensuite les structures : les matériaux composites, plus légers, résistants et souples, qui subissent moins la fatigue mécanique et permettent de meilleures performances, (comme les coques en fibre de verre pour les navires). Ces matériaux, moins sensibles aux impacts, aux ruptures et aux écarts de température sont fabriqués à base de résine epoxy étalée en couches successives, dans lesquels sont placés différents types de capteurs. Ces "témoins" éclairent ainsi les techniciens sur les éventuels anomalies, chocs, brûlures, cassures... Bref,  ils permettent de détecter, définir (mais pas encore réparer...) les possibles agressions.

Ces matériaux sont cependant très sensibles et si un liquide (huile, carburant) ou une brûlure les atteint, il y a fort à parier que la structure même de ces couches associées régira fortement, quitte à désolidariser le tout.

Les nouvelles technologies ne sont pas encore au point, mais malgré leur coût très important (c'est d'ailleurs cela qui freine leur diffusion dans la vie de tous les jours), les matériaux intelligents progressent régulièrement.

En fait, ce qui coûte cher, mise à part leur mise au point et leur fabrication, c'est leur maintenance. Ainsi, dans le domaine de l'aéronautique, la maintenance représente 30% à 50% du prix d'exploitation d'un avion ; on voit que la prédiction de la durée d'utilisation sans risque d'une structure d'avion peut réduire considérablement le coût d'exploitation en espaçant le temps entre deux maintenances. En fait, le but du contrôle de santé intégré des structures est triple :

- réduire la maintenance, voire la supprimer complètement,

- augmenter la sécurité des biens et des personnes transportés,

- diminuer encore le coût d'exploitation des avions en fabricant des structures plus légères et plus performantes.

Les matériaux qui détectent les pannes, c'est bien... ceux qui les réparent automatiquement, c'est mieux... C'est tout le sens de la recherche actuelle.

Dès lors on copie sur la nature : (on essaie de recréer par exemple ce que la peau humaine fait en cas de blessure) ; on cherche de nouvelles pistes (la fibre optique, les ultrasons, l'électromagnétisme). On privilégie la lutte contre les dangers (pour prévoir les tremblements de terre et dès lors éviter les éboulements, sources de pertes humaines). On bourre de capteurs ponts et barrages, reliés à un centre d'exploitation susceptible de donner l'alerte ou mieux, intervenir avant catastrohe.

Bref, l'homme s'adapte lui-aussi pour éviter le pire, vivre mieux et se simplifier la vie.

Il y a fort à parier que dans les années à venir la science parviendra à créer de nouveaux matériaux beaucoup plus performants  avec "réparateur intégré"; dès lors, le mot "intelligent" prendra, peut-être, son véritable sens...

Merci à toi Michel pour ce sympathique b'art des sciences. Surtout donne-nous bientôt des nouvelles de ton projet  : à savoir créer, en Seine et Marne, une société pour fabriquer ce type de matériaux intelligents (toi qui est l'un des initiateurs, rappelons-le, de la recherche sur ces matériaux de nouvelle génération). Nous sommes fiers d'être de tes amis.

Cette 16ème rencontre s'est terminée comme à l'accoutumée par un repas absolument convivial. Discussions scientifiques, littéraires et blagues de potache (mais si Louis, c'est le mot) ont une fois encore réuni notre petit groupe, auquel je vous invite à participer à l'avenir...   

    Si vous aussi voulez participer à nos prochains bars, n'hésitez pas. Vous serez les bienvenus