Des chercheurs américains ont mis au point un nouveau matériau « auto-réparant » qui pourrait considérablement prolonger la durée de vie des pièces utilisées dans l’aviation, l’automobile et d’autres structures, potentiellement de centaines d’années.
Des ingénieurs de l’Université d’État de Caroline du Nord et de l’Université de Houston ont conçu un composite à base de fibres capable de réparer une forme courante de dommage interne appelée délamination, et ce plus de mille fois, ce qui pourrait porter la durée de vie de ces composites de décennies à des siècles.
Cette percée est détaillée dans une étude publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences.
Les composites renforcés par des fibres (FRP), qui offrent une grande résistance tout en restant légers, sont couramment utilisés pour fabriquer des avions, des voitures, des éoliennes et même des engins spatiaux.
Cependant, l’un des inconvénients des FRP a été la délamination interlaminaire, lorsque les couches internes du composite commencent à se séparer suite à l’apparition de fissures. L’intégrité structurelle se dégrade rapidement une fois ce phénomène enclenché, et ces produits font alors l’objet d’une série d’inspections, de réparations et de remplacements de pièces.
Jason Patrick, professeur d’ingénierie civile et environnementale à NC State et co-auteur de l’étude, a déclaré à ECONews : « La délamination représente un défi pour les FRP depuis les années 1930. » Il a ajouté que les FRP conventionnels durent généralement environ 15 à 40 ans.
Les résultats de la dernière étude montrent que « cette stratégie d’auto-réparation des fractures interlaminaires », rendue possible par le matériau nouvellement développé, « est reproductible sur une échelle bien supérieure à la durée de vie habituelle d’un design de composite, dissipant ainsi la préoccupation liée à la délamination ».
Le matériau nouvellement créé ressemble à un composite FRP standard, mais il intègre deux caractéristiques clés. L’une d’elles est un agent réparateur thermoplastique imprimé en 3D sur le renforcement en fibre, formant une intercouche entre les laminations du composite. Cette intercouche, qui est faite de poly(ethylene-co-methacrylic acid), connue sous le nom EMAA, rend le laminé environ deux à quatre fois plus résistant à la délamination dès le départ, empêchant effectivement la formation des fissures.
La seconde amélioration du FRP standard est un ensemble de couches chauffantes très fines à base de carbone, intégrées dans le composite. Cela signifie que, lorsque un courant électrique traverse ces couches, elles se réchauffent et font fondre l’intercouche EMAA, permettant à ce matériau de s’écouler dans les fissures et les microfractures pour recoller l’interface endommagée. Ainsi, le composite est conçu pour se resuréparer avec le matériel déjà présent dans la structure.
Jack Turicek, l’un des principaux auteurs de l’étude, a déclaré que le composite démarre en étant « nettement plus robuste » que les versions classiques et résiste mieux à la fissuration que les composites laminés actuels pendant au moins 500 cycles. L’étude a montré que la résistance diminue avec les réparations répétées, mais « très lentement », et les chercheurs estiment que des pièces pourraient rester fonctionnelles pendant environ 125 ans avec des réparations trimestrielles ou jusqu’à 500 ans avec des réparations annuelles, selon ECONews.
Les technologies modernes dédiées à l’énergie propre et aux technologies à faible émission reposent souvent sur des composites légers qui sont non seulement difficiles à réparer, mais aussi difficiles à recycler. Par conséquent, ils sont souvent remplacés plutôt que réparés.
Le nouveau composite à fibres pourrait changer la donne en matière de réduction des déchets industriels si les éléments critiques pour des structures telles que les aéronefs, les voitures et les éoliennes peuvent être réparés à répétition grâce à ce matériau, entraînant une diminution du nombre de pièces fabriquées et mises au rebut.
