Des matériaux qui se réparent tout seuls

Tous les objets de notre quotidien ont une durée de vie limitée et parfois trop courte. Cependant, l’être humain est capable de vivre beaucoup plus longtemps. Serait-il donc possible de se baser sur le principe du corps humain pour étendre la durée de vie de nos objets du quotidien?

vélo cassé

Un vélo cassé qui se réparerait tout seul, est-ce pour bientôt? (Image: CanStockPhoto / zothen)

Que ce soit un téléphone portable, des chaussures, une voiture ou un vélo, ils casseront tous en quelques années et il faudra les remplacer. Cependant, les êtres humains, comme toi, sont capables de vivre en moyenne 80 ans car le corps humain a la faculté de se régénérer tout seul. Si nous arrivions à baser le cycle de vie des matériaux sur le même principe que celui des êtres humains, il serait donc possible d’étendre la durée de vie de nos objets du quotidien.

Des recherches sont actuellement réalisées sur des matériaux que l’on appelle composite. Les fameuses fibres de carbone sont un exemple de ces composites dont on entend beaucoup parler. Elles sont utilisées de plus en plus dans les équipements de sport, dans les voitures ou encore dans les avions.

Des matériaux pour le transport

Un composite, comme son nom l’indique est composé de plusieurs matériaux, chacun ayant des propriétés physiques et chimiques différentes. La combinaison de ces matériaux nous permet d’obtenir des propriétés adaptées à l’application désirée. Par exemple, si l’application désirée est de rendre le chocolat croquant, il suffit d’y ajouter des noisettes. Et oui, le chocolat aux noisettes est un matériau composite!

fibres de carbone

Fibres de carbone. (Image: Cjp24/ Wikimedia commons)

Un matériau composite contient des fibres et de la résine. Les fibres peuvent être en carbone, mais aussi en verre ou encore se composer de matériaux plus naturels comme le lin. Elles sont d’abord tissées pour former un tissu. Plusieurs couches de ce tissu sont ensuite superposées avec différentes orientations en fonction de l’application désirée, puis consolidées par de la résine. Une fois consolidé, ce composite a un gros avantage: il est très léger et également très résistant. C’est pour cela qu’il est utilisé de plus en plus dans le transport. Non seulement dans l’aviation mais aussi un grand nombre des nouvelles voitures sont réalisées en partie avec ces matériaux. Cependant, ces fameux composites ont un inconvénient: lorsque des fissures se créent, il est très difficile de les réparer.

Des fissures? Oui mais toutes petites

Dans les composites, il existe deux grandes catégories de résine. Celle qui fond, c’est par exemple, celle utilisée dans les chaises de votre jardin, et celle qui ne fond pas, c’est typiquement la colle forte utilisée en bricolage. Bien sûr, celle qui ne fond pas est plus résistante et donc c’est elle qui est en majorité utilisée dans les applications comme le sport, les voitures ou les avions.
Lorsque des fissures se créent, lors d’une chute à vélo ou à cause d’un caillou venant heurter une voiture, la résine ne pourra donc pas refondre pour fermer la fissure. De plus ces fissures vont se trouver entre les couches de fibres, les rendant inaccessibles. Ces fissures sont d’abord très petites et donc la voiture pourra continuer d’être utilisée. Cependant, si elles pouvaient être réparées, la durée de vie de la voiture augmenterait considérablement!

Comment les réparer?

La propagation d’une fissure dans la résine contenant les capsules. Les capsules sont en rose. Lorsqu’elles libèrent la nouvelle résine, celle-ci va solidifier (en noir) pour recoller la fissure. (Image: Chem540f09grp11/ Wikimedia commons)

En s’inspirant du corps humain, et particulièrement de la cicatrisation d'une plaie, des chercheurs ont développé plusieurs systèmes pouvant réparer d’une manière autonome une fissure. La toute première idée était de mettre des petites capsules dans la résine. Ces capsules contiennent la résine encore liquide. Lorsqu’une fissure s’ouvre, elle va casser la capsule, qui va libérer la résine et cette dernière va solidifier dans la fissure pour la recoller. Bien que cette technique ait prouvé son efficacité, elle est relativement compliquée à réaliser dans la pratique. Une autre technique possible serait de combiner les deux types de résine (celle qui fond et celle qui ne fond pas). En jouant sur la structure chimique de ces mélanges, il est possible de produire un mélange très résistant et qui aurait la capacité de fondre, et donc de recoller une fissure, si le matériau est chauffé.

Cependant, pour rendre le matériau intelligent et procéder comme dans le corps humain, il faudrait pouvoir refermer la fissure avec des fils de suture spéciaux, avant de la recoller. Ces fils, déjà présents dans le matériau, enregistreraient leur forme initiale. Lorsque la fissure s’ouvre, le fil va s’étendre. Ensuite, si nous lui disons de reprendre sa forme initiale, en le chauffant par exemple, il va pouvoir fermer la fissure, avant qu’elle ne se recolle.
Le développement de ces matériaux dit intelligents, ou biomimétiques, est encore à un stade relativement jeune et bien que ces fonctionnalités soient démontrées à l’échelle d’un laboratoire, il reste maintenant à les étendre à nos objets de la vie du quotidien.

Imagine que tu fasses une rayure sur la carrosserie d’une voiture et comme par magie, celle-ci disparaît après quelques minutes seulement. Cet exemple est bien vrai et est un des seuls pour le moment disponible sur le marché. Il existe une peinture qui répare d’une façon autonome les rayures.

Texte: Amaël Cohades (lauréat du 2ème prix au concours MT180 finale Suisse 2017)

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