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UN NOUVEAU MATÉRIAU POUR DES STRUCTURES LÉGÈRES ET RÉSISTANTES AUX IMPACTS

Des chercheurs financés par l’armée ont identifié un nouveau matériau qui pourrait entraîner la création de blindages légers, de revêtements protecteurs, de boucliers anti-explosion et d’autres structures résistantes aux impacts (source). Ces chercheurs, basés à l’Institut pour les nanotechnologies du soldat de l’armée américaine au Massachusetts Institute of Technology (MIT), à Caltech et à l’ETH Zürich, ont découvert que les matériaux issus de treillis nanométriques précisément structurés sont plus résistants que le Kevlar et l’acier.

Dans le cadre de leurs expériences, ces matériaux ultralégers, appelés matériaux nanostructurés, ont absorbé l’impact de projectiles microscopiques accélérés à des vitesses supersoniques. L’objectif de cette recherche est d’augmenter la protection tout en réduisant le poids que les soldats doivent porter (source). Le matériau mis au point a réussi à empêcher les projectiles de le traverser (source).

Selon les chercheurs, la même quantité de matériau utilisée absorberait l’impact d’un projectile de manière beaucoup plus efficace que la même quantité de Kevlar (source). En comparaison avec l’acier, le Kevlar, l’aluminium et d’autres matériaux résistants aux impacts d’un poids comparable, ce nouveau matériau absorbe les impacts de manière plus efficace (source).

Grâce à cette découverte, de nouveaux principes de conception pourraient émerger, ouvrant la voie à des matériaux ultra-légers résistants aux impacts, tels que des matériaux pour armures, des revêtements protecteurs et des boucliers résistants aux explosions, qui seraient utilisés dans le domaine de la défense et de l’espace (source).

Les matériaux nanostructurés sont connus pour leurs propriétés remarquables, telles que leur légèreté et leur résilience exceptionnelle. Toutefois, jusqu’à présent, leur potentiel pour d’autres applications a été peu testé. Les chercheurs ont principalement étudié leur réponse en régime de déformation lente, alors que leur utilisation pratique serait dans des applications réelles où rien ne se déforme lentement (source).

Pour combler cette lacune en matière de connaissances, l’équipe de recherche a étudié la déformation rapide des matériaux nanostructurés, telle que celle causée par des impacts à haute vitesse. Les chercheurs ont utilisé la lithographie à deux photons pour fabriquer une structure répétitive appelée tétrakaïdécaèdre – une configuration en treillis composée de micro-poutres. Ils ont ensuite mesuré la résilience de ce tétrakaïdécaèdre face à une déformation extrême et rapide à l’aide d’un laser ultra-rapide (source).

Les chercheurs ont constaté que les particules microscopiques étaient intégrées dans le matériau plutôt que de le traverser. Lorsqu’ils ont observé de plus près ces particules intégrées, ils ont constaté que les poutres sous la particule avaient été comprimées en réponse à l’impact, tandis que les poutres environnantes étaient restées intactes. Cette mécanique à l’échelle nanométrique permet aux matériaux nanostructurés d’absorber une grande quantité d’énergie. En comparaison, des matériaux monolithiques et homogènes ne possèdent pas cette propriété (source).

Pour l’avenir, le chercheur principal prévoit d’explorer d’autres configurations nanostructurées que le carbone, ainsi que les moyens de produire ces nanostructures à plus grande échelle, dans le but de concevoir des matériaux plus solides et plus légers (source). Les matériaux nanostructurés ont un réel potentiel comme matériaux atténuant les chocs, et il reste encore beaucoup à découvrir sur leur comportement et leurs applications possibles.

L’Institut pour les nanotechnologies du soldat du MIT a été créé en 2002 par l’armée américaine pour améliorer considérablement la protection, la résistance et les capacités opérationnelles du soldat et des plates-formes et systèmes qui le soutiennent (source). En plus du financement de l’armée, la recherche a été soutenue par l’Office de recherche navale des États-Unis et la bourse Vannevar Bush (source).

Il est possible de trouver plus d’informations sur les activités de recherche de l’Institut pour les nanotechnologies dans son centre média (source).

Le Laboratoire de recherche de l’armée américaine (ARL), en tant que laboratoire national de recherche de l’armée, met en œuvre la science pour obtenir un avantage décisif. Grâce à sa collaboration dans les principales compétences techniques du commandement, l’ARL mène la découverte, le développement et la fourniture des capacités technologiques nécessaires pour permettre aux soldats de remporter les guerres et de rentrer chez eux en toute sécurité. L’ARL est un élément majeur du Commandement du développement des capacités de combat de l’armée américaine, qui lui-même est un sous-commandement majeur du Commandement des futures de l’armée américaine (source).

Sources:
– [New material could mean lightweight armor, protective coatings](https://www.eurekalert.org/multimedia/621966)
– [Nature Materials](https://www.nature.com/nmat/)