Des chercheurs de l’Université Monash ont découvert un nouveau motif de conception dérivé du revêtement externe rigide des invertébrés qui peut aider à créer des matériaux plus tolérants aux dommages pour les futurs bâtiments et constructions.
Dans un article publié dans Communication Naturele professeur Wenhui Duan du Département de génie civil de l’Université Monash affirme que le nouveau modèle, qui s’ajoute aux huit modèles de conception structurelle biologique connus et courants, peut ajouter un motif à haute résistance aux matériaux de construction couramment utilisés tels que les composites et le ciment, et peut aider réduire les émissions de carbone.
L’industrie du ciment est l’un des plus grands producteurs de dioxyde de carbone, créant jusqu’à 8 % des émissions anthropiques mondiales de ce gaz ; cette découverte contribuera à réduire l’utilisation du ciment en améliorant la tolérance aux dommages du matériau.
L’équipe de recherche a reproduit le motif de conception dans le ciment, l’un des matériaux de construction les plus consommés au monde. Ils ont adopté une technique d’impression 3D combinée à la nanotechnologie et à l’intelligence artificielle pour fabriquer un composite de ciment léger qui a adopté ce motif de conception segmentaire, démontrant une capacité de charge supérieure et un modèle de défaillance progressive unique.
« Nous avons démontré l’application de ce motif de conception dans la production d’un matériau de ciment léger à haute résistance et tolérant aux dommages. De plus, ce motif de conception peut également être appliqué à divers matériaux tels que la céramique, le verre, les matériaux polymères et métalliques pour la conception de matériaux avancés, l’énergie stockage/conversion et structures architecturales, en collaboration avec les équipes de l’Université du Queensland et de l’Université de Manchester », précise le professeur Duan.
Depuis la découverte en 1972 de la structure hélicoïdale, l’un des modèles structurels les plus courants en biologie, il y a eu une volonté d’extraire des motifs de conception de plus de 7 millions d’espèces vivantes dans le monde pour aider à la fabrication de matériaux structurés/structurels.
Après près de 50 ans de recherche, des répétitions remarquables ont été confirmées dans la plupart des classes d’espèces, mais seules huit catégories de motifs de conception ont été extraites et adoptées dans la conception des matériaux, jusqu’à présent.
La nouvelle structure de conception a été identifiée chez diverses espèces telles que les exosquelettes d’arthropodes, les pattes de mammifères, d’amphibiens et de reptiles. Ces motifs de conception sont de précieuses sources d’inspiration pour la conception de matériaux modernes et facilitent la fabrication de matériaux de structure.
« Par rapport au motif de conception actuel, notre motif de conception segmentaire dissipe l’énergie par rotation de segment. La beauté de notre motif de conception découvert est que le matériau peut présenter un comportement de défaillance progressive périodique unique. Cela signifie que nous pouvons contenir les dommages dans une région particulière. de matériau, tandis que le reste de la structure peut encore maintenir l’intégrité et la plupart (environ 80%) de la capacité portante. »
Wei Wang et al, Motif de conception de matériau tolérant aux dommages dérivé d’une rotation asymétrique, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-28991-5