Des céramiques robustes créées par une étoile de mer fragile

Des chercheurs du département de Science et Ingénierie des Matériaux du Technion ont découvert le mécanisme de protection des lentilles hautement résistantes situées sur les bras d’Ophiocoma Wendtii, une étoile de mer qui vit dans les récifs coralliens. En effet, sur les bras de cette créature se trouvent des centaines de lentilles qui pourraient inspirer de nouvelles méthodes de synthèse de céramiques extrêmement robustes. Composées de craie, ces lentilles sont puissantes et précises, et l’élucidation de leur structure a occupé le professeur Boaz Pokroy et son équipe au cours des trois dernières années.
Les travaux de recherche du professeur Pokroy portent sur les matériaux créés par les organismes vivants et la synthèse de matériaux synthétiques analogues, utilisant pour cela des méthodes inspirées par la nature (bio-mimétisme). Les coquilles de mollusque, les perles, les os et les carapaces de tortue sont quelques exemples de biominéraux, c’est-à-dire des minéraux produits par la créature elle-même.

Le professeur Pokroy estime que « ce qui est impressionnant à propos des biominéraux est qu’ils sont fabriqués à partir de matériaux disponibles pour l’Ophiocoma Wendtii, par exemple, la craie. Les ingénieurs ne choisiraient jamais la craie comme matériau de construction durable, mais la nature utilise différentes stratégies de renforcement, avec succès, à partir de ce matériau. De plus, les créatures produisent ces biominéraux dans des conditions douces, c’est-à-dire sans four ni générateur de haute pression disponible dans les laboratoires de recherche. Il est donc clair que, en tant que scientifiques et ingénieurs, nous avons beaucoup à apprendre de ces processus. Les lentilles d’Ophiocoma Wendtii sont créées en haute mer, pas en laboratoire, ce qui nous a permis de découvrir une stratégie pour rendre les matériaux fragiles beaucoup plus résistants et durables dans des conditions naturelles. Il s’agit d’une "ingénierie du cristal", sans chauffage ni trempe, un processus qui apparaît comme potentiellement très utile en science et ingénierie des matériaux. »
A titre de comparaison, le verre trempé et le béton précontraint sont produits en exerçant une pression qui comprime les matériaux, les rendant ainsi plus compacts que leur état naturel. La trempe du verre, par exemple, est réalisée en chauffant puis en refroidissant rapidement le matériau. Dans ce processus, l’extérieur du matériau se refroidit plus rapidement que l’intérieur, ce qui a pour effet de comprimer ce dernier.

« Tout comme la nature fait preuve de créativité pour améliorer les capacités d’un organisme (telles que la force, la détection ou encore l’autodéfense) dans divers contextes, l’utilisation de matières premières existantes dans des conditions naturelles pour créer des lentilles transparentes robustes et précises est très efficace », souligne le professeur Pokroy. Les scientifiques et les ingénieurs peuvent désormais tenter d’utiliser cette biostratégie pour le renforcement des céramiques synthétiques utilisées dans diverses applications, allant des lentilles optiques aux turbocompresseurs automobiles ou même encore aux implants destinés au corps humain.

Pour en savoir plus : https://youtu.be/-9XEPGB8iEQ

Source : http://science.sciencemag.org/content/358/6368/1294

Rédacteur : Guillaume Duret, post-doctorant au Technion