Rendre le verre moins cassant
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Serait-ce la fin des contenants de verre qui volent en éclats lorsqu'ils tombent par terre? Inspirée des formes naturelles, une technique mise au point au Département de génie mécanique de l'Université McGill rend le verre moins cassant. En tombant, le verre se courbe et se déforme légèrement, sans pour autant éclater en morceaux.
Pour le mettre au point, le Pr François Barthelat et son équipe ont étudié la mécanique de structures naturelles comme celle des coquillages pour augmenter la résilience du verre de façon significative.
« Les coquilles des mollusques sont constituées à environ 95 % de craie, laquelle est très fragile dans sa forme naturelle. Cependant, la nacre qui tapisse l'intérieur des coquilles est faite de tablettes microscopiques comparables à des briques miniatures Lego. La nacre est connue pour sa solidité et sa résistance extrêmes, et sa structure fait l'objet d'études depuis vingt ans. »
D'autres équipes ont déjà tenté de recréer les structures de la nacre, mais elles se sont toutes butées à des problèmes. « Imaginez essayer de construire un mur de Lego à l'aide de briques microscopiques. Pas facile », explique le Pr Barthelat.
Photo : Université McGill
Lui et ses collègues ont donc concentré leurs recherches sur les interfaces entre les blocs de constructions des matériaux naturels comme la nacre. Ils se sont servis de lasers pour graver des réseaux de microfissures en 3D dans des lames de verre afin de créer des interfaces faibles similaires.
Grâce à cette méthode, les chercheurs ont réussi à multiplier par 200 la résilience des lames de verre (comme celles qu'on utilise sous un microscope) comparativement à des lames non gravées.
Les chercheurs gravent à la surface de verre borosilicaté des réseaux de microfissures, qui forment des configurations de lignes ondulées dont les formes rappellent les bords ondulés des morceaux d'un casse-tête. Ils arrêtent ainsi la propagation et l'agrandissement des fissures.
L'équipe a ensuite rempli ces dernières de polyuréthane, mais ce procédé n'est pas essentiel puisque les tracés créés dans les microfissures suffisent pour empêcher le verre de se fracturer.
M. Barthelat pense qu'il sera très facile d'utiliser ce procédé à plus grande échelle, sur toute plaque de verre, quelle qu'en soit la taille.
Les matériaux naturels nous montrent comment des tracés de microfissures peuvent contrôler et limiter la propagation de plus grandes fissures et, par le fait même, d'absorber l'énergie d'un impact. M. Barthelat
L'équipe montréalaise veut maintenant explorer les mêmes techniques sur des céramiques et des polymères.
Le détail de cette découverte est publié dans la revue Nature Communications.
