Science des matériaux
Les métamatériaux imprimés au laser sont désormais plus solides et plus flexibles
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La percée du MIT rend les matériaux rigides flexibles grâce aux métamatériaux
Material sciences is the domain of better understanding materials at the microscopic, often atomic level, in order to make them better. The most common goal is to make a material stronger than in its classical form, be it steel, glass, or ceramic.
Les sciences des matériaux sont le domaine de la meilleure compréhension des matériaux au niveau microscopique, souvent atomique, afin de les améliorer. L’objectif le plus courant est de rendre un matériau plus résistant que sous sa forme classique, qu’il s’agisse d’acier, de verre ou de céramique.
Source: MIT
Ici aussi, la plupart des recherches menées se sont concentrées sur la fabrication d’un produit final plus résistant que son composant de base, avec des matériaux potentiels tels que le super-acier, la fibre de carbone, la soie et d’autres qui pourraient être utilisés dans les armures, la construction ou des projets futuristes comme les ascenseurs spatiaux.
Un nouveau type de métamatériau est maintenant inventé, rendant flexibles des éléments autrement rigides et durs. Cette découverte a été réalisée par des chercheurs du MIT et publiée dans Nature Materials1, sous le titre « Double-network-inspired mechanical metamaterials ».
Comment les métamatériaux surpassent les matériaux traditionnels
The creation of regular micro-structures in a controlled way can lead to improved performance of a material compared to its base component. This can be affected by many different properties, like electromagnetic, acoustic, structural strength, thermal, etc.
En général, cela implique un compromis. Par exemple, les matériaux plus résistants deviennent généralement plus rigides, ce qui peut réduire leur utilisation pratique.
Ainsi, c’est une sorte de révolution que les chercheurs du MIT créent, en combinant des méthodes, rendant un matériau plus rigide et plus résistant, tout en le rendant également plus flexible.
“Nous avons réalisé que le domaine des métamatériaux n’a pas vraiment tenté d’avoir un impact dans le domaine de la matière molle.
Jusqu’à présent, nous avons tous cherché les matériaux les plus rigides et les plus résistants possibles.
Plus solide et plus flexible : résoudre le compromis des métamatériaux
So far, most metamaterials are made using a method similar to 3D printing, producing microscopic struts and trusses.
Source: ETH Zurich
À la place, les chercheurs du MIT ont développé une architecture de ressorts ou de bobines entrelacés, intrinsèquement plus flexibles.
Dans leur expérience initiale, ils ont utilisé un matériau tel que le plexiglas, qui devrait être très rigide, et l’ont assemblé « normalement ». Lorsqu’il est tissé en métamatériau, il devient doux et élastique, comme du caoutchouc.
“Nous ouvrons ce nouveau territoire pour les métamatériaux.
Vous pourriez imprimer un métal ou une céramique à double réseau, et vous pourriez obtenir de nombreux avantages, à savoir qu’il faudrait plus d’énergie pour les casser, et ils seraient nettement plus extensibles.
Ce fut un bon départ, car il pouvait utiliser des matériaux solides et les rendre souples et flexibles. Cependant, cela a été un peu trop réussi, car bien que le matériau soit extensible, il était « un peu trop mou et souple ».
Conception inspirée des hydrogels : améliore la flexibilité et la durabilité
Another exceptional material is hydrogel, a type of soft, stretchy, Jell-O-like compound that is composed mostly of water and a bit of polymer structure. Some hydrogels are even natural, like gelatin, for example.
Un autre matériau exceptionnel est l’hydrogel, un type de composé mou, extensible, semblable à de la gelée, composé principalement d’eau et d’une petite structure polymère. Certains hydrogels sont même naturels, comme la gélatine, par exemple.
Les chercheurs du MIT ont déjà trouvé des moyens de rendre l’hydrogel plus résistant, tout en conservant ses propriétés souples et extensibles. Ils y parviennent en combinant plusieurs réseaux polymères aux propriétés très différentes, tels qu’un réseau de molécules naturellement rigide et un autre intrinsèquement souple.
Ainsi, les chercheurs ont adapté ce concept à leur métamatériau en plexiglas. Ils ont combiné un métamatériau classique rigide et solide utilisant une charpente en grille d’entretoises et de treillis, avec un motif de bobines qui s’entrelacent autour de chaque entretoise et treillis.
Les deux réseaux de matériau ont été créés simultanément, à l’aide d’une technique d’impression laser haute précision appelée lithographie à deux photons.
Source: LiqCreate
Comment les métamatériaux à double réseau fonctionnent à toutes les échelles
The newly invented double-network metamaterial was then tested at different sizes. Some samples were made with the component measuring several square microns, some up to several square millimeters.
Ils ont ensuite mesuré la résistance et la flexibilité résultantes à l’aide de caméras à grande vitesse en poussant le matériau à ses limites.
Source: MIT
Le double réseau s’est avéré capable de s’étirer à 3 fois sa propre longueur, soit 10 fois plus que les métamatériaux à motif de treillis conventionnels.
“Imaginez ce réseau tissé comme un enchevêtrement de spaghettis autour d’une grille. Lorsque nous brisons le réseau de grille monolithique, ces parties cassées se retrouvent entraînées, et maintenant tous ces spaghettis s’emmêlent avec les morceaux de grille.
Cela favorise davantage d’entrelacement entre les fibres tissées, ce qui signifie plus de friction et une plus grande dissipation d’énergie.
Comment les défauts stratégiques rendent les métamatériaux encore plus résistants
Counter-intuitively, they also discovered that it was possible to make it even stronger by poking holes into the lattice.
Ce défaut permet une dissipation d’énergie encore plus importante et augmente la résilience globale du produit final.
“Vous pourriez penser que cela détériore le matériau. Mais nous avons constaté qu’une fois que nous avons commencé à ajouter des défauts, nous avons doublé la quantité d’étirement possible et triplé la quantité d’énergie dissipée.
Cela nous donne un matériau à la fois rigide et résistant, ce qui est généralement une contradiction.
Cela a permis à l’équipe de recherche de développer un cadre théorique afin de mieux prédire le comportement de ces métamatériaux.
Applications concrètes des métamatériaux flexibles du MIT
Such a blueprint will be useful in designing tear-proof textiles and fabrics.
Les semi-conducteurs flexibles, l’emballage de puces électroniques et les échafaudages durables mais souples sur lesquels faire pousser des cellules pour la réparation tissulaire pourraient également bénéficier de cette technologie.
Une autre option serait d’appliquer ce concept de mélange de différents métamatériaux (entretoises et treillis avec des bobines) à des matériaux actuellement fragiles. Cela pourrait leur conférer à la fois plus de flexibilité et plus de résilience.
La même idée pourrait être utilisée pour ajouter de nouvelles spécifications aux matériaux existants, par exemple en les rendant naturellement réactifs à leur environnement.
“Jusqu’à présent, nous avons parlé des propriétés mécaniques, mais que se passerait-il si nous pouvions également les rendre conducteurs ou sensibles à la température ?
Pour cela, les deux réseaux pourraient être constitués de différents polymères qui réagissent à la température de manières différentes, de sorte qu’un tissu puisse ouvrir ses pores ou devenir plus souple lorsqu’il fait chaud et plus rigide lorsqu’il fait froid.
Investir dans l’avenir des métamatériaux commerciaux
DuPont
DD Graphique du prix
DuPont est une immense entreprise chimique disposant de nombreux produits chimiques de marque importants, tels que le Kevlar, le Styrofoam, le Nomex (protection contre le feu), le Great Stuff (adhésif de construction), etc. Sa recherche avancée sur les polymères et ses marques de matériaux de protection pourraient la positionner pour bénéficier des technologies de métamatériaux à double réseau.
DuPont est une société ancienne avec une histoire complexe d’acquisitions et, plus récemment, une série de scissions.
Source: DuPont
Ces scissions ont séparé de DuPont les départements de nutrition et de biosciences, partiellement vendus à Corteva Biosciences (CTVA ), les produits titanesques formant la société Chemours (CC ), et la mobilité.
Il se séparera également de son activité de produits chimiques électroniques en novembre 2025, mais conservera le segment eau (membranes et filtres pour la purification et la désalinisation de l’eau), contrairement aux plans antérieurs.
Source: DuPont
Cela laissera DuPont comme une entreprise beaucoup plus ciblée, avec une activité principale dans les polymères avancés pour la purification de l’eau et les équipements de protection, ainsi que des matériaux avancés pour l’aérospatiale, les soins de santé et les véhicules électriques.
Source: DuPont
DuPont est une véritable corporation internationale, avec une forte demande de produits chimiques spécialisés dans la purification de l’eau et la fabrication industrielle.
Les secteurs desservis par les produits chimiques de DuPont sont également très variés, incluant la construction, la purification de l’eau, l’industrie électronique, l’automobile, l’aérospatiale, les soins de santé, l’énergie verte et la production industrielle.
Source: DuPont
La forte présence de DuPont dans les équipements de protection et la position établie avec la marque Kevlar, un polymère haute performance, devraient l’aider à adapter de nouvelles formes de métamatériaux aux produits commerciaux.
En tout cas, à mesure que les nouvelles technologies se développent, ainsi que la consommation d’eau, la demande pour les produits chimiques avancés produits par DuPont augmente également.
Dernières nouvelles sur Dupont
Études référencées:
1. Surjadi, J.U., Aymon, B.F.G., Carton, M. et al. (2025) Double-network-inspired mechanical metamaterials. Nat. Mater. https://doi.org/10.1038/s41563-025-02219-5
