Du métal qui se fissure puis se répare tout seul sans aide humaine. Cela ressemble à de la science-fiction, mais les scientifiques l’ont réellement vu. Les chercheurs rêvent déjà timidement de ponts, d’avions et de moteurs capables de se réparer eux-mêmes.
L’espoir que le métal puisse se régénérer naturellement existait depuis longtemps, mais il n’existait aucune preuve de cela. « C’était absolument époustouflant de voir cela de mes propres yeux », déclare Brad Boyce, spécialiste des matériaux et chercheur au site web des laboratoires nationaux Sandia.
La recherche se concentre sur la capacité des métaux purs à s’auto-réparer. Les métaux purs sont des métaux qui n’ont pas été mélangés à d’autres métaux, comme l’aluminium, le cuivre et le plomb.
L’équipe de Boyce a étudié comment les fissures se forment et se propagent dans un morceau de platine à l’échelle nanométrique. Les chercheurs ont été étonnés de constater qu’au bout d’une quarantaine de minutes, la pointe d’une fissure continuait à « fondre » jusqu’à ce que la fissure disparaisse complètement. Au fil du temps, la fissure s’est agrandie dans une direction différente.
Boyce souligne donc que la reprise n’a été observée qu’à très petite échelle, mais que la « fatigue du métal » commence également modestement. Cette découverte pourrait donc avoir un effet positif majeur sur le secteur de la construction.
Une solution à la « fatigue du métal » ?
Les machines et les infrastructures telles que les ponts s’usent. Au fil du temps, ils se décomposent car des contraintes répétées ou un mouvement continu provoquent des fissures microscopiques.
Ces fissures deviennent de plus en plus grandes, jusqu’à provoquer soudainement la rupture de tout l’appareil ou de toute la structure. Cela s’applique aux joints de soudure des appareils électroniques, mais aussi à ceux des moteurs de voiture et des ponts, par exemple. « Ces structures échouent souvent de manière imprévisible », explique Boyce.
On s’attendait à ce que les fissures dans les métaux s’agrandissent, jamais plus petites.
Les fissures peuvent provoquer des situations dangereuses et les réparations coûtent souvent beaucoup d’argent et de temps. Selon Boyce, l’impact économique aux États-Unis s’élève à des centaines de milliards d’euros par an.
Théorie de 2013 prouvée involontairement
Les scientifiques ont déjà réussi à fabriquer eux-mêmes un certain nombre de matériaux auto-réparateurs. Mais il s’agissait principalement de plastiques. Il n’était pas encore prouvé que le métal pouvait aussi se guérir tout seul. « On s’attendait à ce que les fissures dans les métaux s’agrandissent, jamais plus petites. »
L’équipe de Boyce est le premier groupe de scientifiques à démontrer que le métal peut être récupéré. Pourtant, il y a un scientifique qui a déjà conclu que cela devrait être le cas : Michael Demkowicz. Il a utilisé des simulations informatiques en 2013 pour parvenir à la même conclusion.
Boyce a involontairement fourni des preuves en faveur de la théorie de Demkowicz. Il a dit qu’il n’était pas au courant de son travail.
Le pont d’auto-guérison est encore un pont trop loin
Reste à voir quel effet cette découverte aura dans la pratique. Les chercheurs espèrent que cette découverte annonce le début d’une révolution technologique dans laquelle les moteurs, les avions et les ponts dureront plus longtemps et seront plus sûrs grâce à l’usure auto-réparatrice. Mais il faudra encore beaucoup de recherches avant que cela se produise.
Par exemple, Boyce souligne que la recherche a eu lieu avec des « métaux nanocristallins sous vide ». La question est de savoir si d’autres métaux peuvent faire de même, surtout s’ils sont également exposés à l’air.
Demkowicz espère que cette découverte suscitera davantage de recherches et aidera les scientifiques à comprendre que les matériaux, dans de bonnes conditions, peuvent « faire des choses auxquelles nous ne nous attendions pas ».
L’équipe de recherche des Sandia National Laboratories et de la Texas A&M University a détaillé les résultats mercredi dans la revue scientifique. Nature.
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