Les scientifiques ont vu pour la première fois des morceaux de métal se fissurer puis fusionner sans intervention humaine, renversant ainsi les théories scientifiques fondamentales.
Si le phénomène maintenant découvert pouvait être exploité, il pourrait inaugurer une révolution technique, une révolution dans laquelle les moteurs, les ponts et les avions auto-cicatrisants pourraient inverser les dommages causés par l’usure, les rendant plus sûrs et plus durables, selon un rapport. libérer.
L’équipe de recherche à l’origine de cette découverte, des Sandia National Laboratories et de la Texas A&M University, décrit ses découvertes dans la revue Nature.
Génial!
« C’était absolument magnifique de le voir de première main », a-t-il déclaré. Brad Boycescientifique des matériaux chez Sandia.
« Ce que nous avons confirmé, c’est que les métaux ont leur propre capacité intrinsèque et naturelle à se guérir, du moins dans le cas de dommages de fatigue à l’échelle nanométrique », a déclaré Boyce.
Il dommages causés par la fatigue c’est une façon dont les machines s’usent et finissent par tomber en panne. Le stress ou les mouvements répétés provoquent la formation de fissures microscopiques. Au fil du temps, ces fissures se développent et se propagent jusqu’à ce qu’elles se cassent ! L’ensemble de l’appareil tombe en panne ou, dans le jargon scientifique, tombe en panne.
Mesures en nanomètres
La fissure que Boyce et son équipe ont vue disparaître était l’une de ces fractures petites mais importantes, mesurées en nanomètres.
« Des joints de soudure de nos appareils électroniques aux moteurs de nos véhicules et aux ponts sur lesquels nous roulons, ces structures échouent souvent de manière imprévisible en raison d’une charge cyclique entraînant l’initiation de fissures et finalement une fracture », a déclaré Boyce.
« Lorsqu’ils échouent, nous devons faire face aux coûts de remplacement, au temps perdu et, dans certains cas, même aux blessures ou aux pertes de vie. L’impact économique de ces échecs se mesure en centaines de milliards de dollars chaque année aux États-Unis seulement », ajoute-t-il,
Science fiction?
Bien que les scientifiques aient créé des matériaux auto-cicatrisants, principalement des plastiques, la notion de métal auto-cicatrisant a largement été du domaine de la science-fiction.
« Les fissures dans les métaux devaient seulement grossir, pas plus petites. Même certaines des équations de base que nous utilisons pour décrire la croissance des fissures excluent la possibilité de tels processus de guérison », a déclaré Boyce.
découverte inattendue
En 2013, michael demkowiczalors professeur adjoint au département de science et d’ingénierie des matériaux du Massachusetts Institute of Technology, aujourd’hui professeur titulaire au Texas A&M, a commencé à travailler sur la théorie des matériaux conventionnels.
Il a publié une nouvelle théorie, basée sur les résultats de simulations informatiques, selon laquelle, dans certaines conditions, le métal devrait être capable de souder des fissures fermées formées par l’usure. C’est ce qui a été confirmé avec la nouvelle recherche, quelque chose qui s’est produit spontanément et de manière inattendue, car ce n’était pas ce que les chercheurs recherchaient.
Ils avaient uniquement l’intention d’évaluer comment les fissures se formaient et se propageaient à travers un morceau de platine à l’échelle nanométrique en utilisant une technique de microscope électronique spécialisée qu’ils avaient développée pour tirer à plusieurs reprises les extrémités du métal 200 fois par seconde.
Premier pas
Étonnamment, environ 40 minutes après le début de l’expérience, les dégâts se sont inversés. Une extrémité de la fissure fusionna comme si elle revenait sur ses pas, ne laissant aucune trace de la blessure précédente. Au fil du temps, la fissure a repoussé dans une direction différente.
Beaucoup reste inconnu sur le processus d’auto-guérison, y compris s’il deviendra un outil pratique dans un environnement de fabrication.
« La mesure dans laquelle ces résultats sont généralisables est susceptible de devenir un sujet de recherche approfondie », a déclaré Boyce.
« Nous montrons que cela se produit dans les métaux nanocristallins sous vide. Mais nous ne savons pas si cela peut également être induit dans les métaux conventionnels dans l’air. »
sauter en avant
Pourtant, malgré toutes les inconnues, la découverte reste un bond en avant à la frontière de la science des matériaux.
« J’espère que cette découverte encouragera les chercheurs en matériaux à considérer que, dans les bonnes circonstances, les matériaux peuvent faire des choses auxquelles nous ne nous attendions pas », a déclaré Demkowicz.
Référence
Guérison autonome des fissures de fatigue par soudage à froid. Christopher M. Barr et al. Nature (2023). DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-023-06223-0