Un minéral auto-cicatrisant ? Ce n’est pas que de la science-fiction

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WASHINGTON – Dans le film de 1991 « Terminator 2 : Le Jugement dernier », un robot malveillant voyageant dans le temps et changeant de forme nommé le T-1000 en métal liquide présente une qualité unique. S’il est touché par des explosions ou des balles, son métal se guérira.

Un minéral auto-réparateur n’est encore que de la science-fiction, n’est-ce pas ? Apparemment non.

Les scientifiques ont décrit mercredi comment des morceaux de platine pur et de cuivre guérissent spontanément les fissures de contrainte du métal lors d’expériences à l’échelle nanométrique conçues pour étudier comment ces fissures se forment et se propagent dans le métal sous contrainte. Ils ont exprimé leur optimisme quant au fait que cette capacité pourrait être intégrée aux minéraux pour créer des machines et des structures auto-réparatrices dans un avenir relativement proche.

La contrainte du métal se produit lorsque le métal, y compris les pièces des machines, des véhicules et des structures, maintient des fissures microscopiques après une exposition à des contraintes ou à des mouvements répétitifs, des dommages qui ont tendance à s’aggraver avec le temps. La fatigue du métal peut provoquer des défaillances catastrophiques dans des domaines tels que l’aviation – les moteurs à réaction, par exemple – et les infrastructures – les ponts et autres structures.

Dans des expériences menées dans les laboratoires nationaux Sandia du gouvernement américain au Nouveau-Mexique, les chercheurs ont utilisé une technique consistant à visser les pointes de petites pièces métalliques environ 200 fois par seconde. La fissure s’est formée et s’est d’abord propagée. Mais environ 40 minutes après le début de l’expérience, le métal a de nouveau fusionné.

Les chercheurs ont appelé cette guérison « soudure à froid ».

« Le soudage à froid est un processus métallurgique connu pour se produire lorsque deux surfaces relativement lisses et propres d’un métal sont réunies pour fixer des liaisons atomiques », a déclaré Brad Boyce, un scientifique des matériaux des Sandia National Laboratories qui a aidé à diriger l’étude publiée dans la revue Nature.

Boyce a ajouté : « Contrairement aux robots auto-réparateurs de ‘Terminator’, ce processus n’est pas visible au niveau humain. Il se produit à l’échelle nanométrique, et nous devons encore contrôler ce processus. »

Les morceaux de métal mesuraient 40 nanomètres d’épaisseur et quelques micromètres de large. Alors que la guérison n’a été observée dans des expériences que sur le platine et le cuivre, Boyce a déclaré que la simulation indiquait que l’auto-guérison pouvait se produire dans d’autres métaux et qu’il était « tout à fait plausible » que des alliages tels que l’acier présentent cette qualité.

« Il est possible d’envisager des matériaux conçus pour tirer parti de ce comportement », a déclaré Boyce.

Boyce a ajouté : « Compte tenu de ces nouvelles connaissances, il peut y avoir des stratégies de conception de matériaux alternatives ou des approches d’ingénierie qui peuvent être mises en place pour aider à atténuer les défaillances de fatigue. De plus, cette nouvelle compréhension peut faire la lumière sur les défaillances de fatigue dans les structures existantes – améliorant notre capacité à expliquer et à prévoir de telles défaillances.

Les scientifiques ont créé des matériaux auto-cicatrisants dans le passé, la plupart en plastique. Le co-auteur de l’étude, Michael Dimkovic, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à la Texas A&M University, a prédit l’auto-guérison des métaux il y a dix ans.

Dimkovic a découvert à juste titre que, dans certaines conditions, la mise sous contrainte du métal, qui devrait normalement aggraver les fissures liées à la fatigue, peut avoir l’effet inverse.

« Je crois maintenant que les applications concrètes de nos découvertes prendront encore 10 ans à se développer », a déclaré Dimkovic.

« Quand j’ai fait mes prédictions pour la première fois, certains journaux ont dit que je travaillais sur un T-1000, a déclaré Dimkovic. C’est toujours de la science-fiction. » « Cependant, à la fin de (la série télévisée) Battlestar Galactica, l’équipage adapte une partie de la technologie Cylon (une course de robots fictifs) pour aider à guérir les dommages causés par la fatigue sur leur vaisseau, faisant agir le métal comme un tissu organique qui peut guérir ses propres blessures. Je dirais que ce sur quoi nous travaillons est plus dans la lignée de l’exemple « Battlestar Galactica ».

L’auto-guérison est observée dans un environnement très spécifique à l’aide d’un appareil appelé microscope électronique.

« L’une des grandes questions laissées ouvertes par l’étude est de savoir si le processus se produit également dans l’air, pas seulement dans l’environnement de vide microscopique. Mais même s’il ne se produit que dans le vide, il a toujours des implications importantes pour la fatigue dans les engins spatiaux, ou la fatigue associée aux fissures souterraines qui ne sont pas exposées à l’atmosphère », a déclaré Boyce.

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