Dans cette vidéo nous allons nous pencher sur l’une des vedettes des recherches scientifiques des 20 dernières années : les matériaux auto réparant. Ces derniers sont en effet l’objet de toutes les convoitises, tant écologiquement qu'économiquement parlant. Il faut dire qu’ils pourraient améliorer définitivement la fiabilité et la durée de vie de matériaux très importants dans des domaines aussi variés que la construction, l’éolien, l’automobile, l’énergie ou encore l’aérospatial. Imaginer des pièces et des matériaux qui peuvent se réparer de façon autonome, il y a en effet de quoi faire rêver. Et si une telle réalité demeurait justement au stade de la Chimère il y a quelques années encore, les choses viennent de changer depuis récemment. Une avancée technologique de taille que l’on doit aux travaux de chercheurs en ingénierie de l’université d’État de la Caroline du Nord. Poussant plus en avant les recherches menées au cours des deux décennies précédentes, ils ont réussi à développer un nouveau composite autocicatrisant aux propriétés exceptionnelles. Celui-ci permettrait à des structures en métal ou en béton par exemple de répondre elles-mêmes à leur propre dégradation. Une innovation qui voit la recherche sur ces matériaux du futur sortir des impasses dans lesquelles elle était prisonnière depuis des années.
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Sources : https://pastebin.com/raw/nfdTkXSd
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00:00 [Générique]
00:07 Hello tout le monde, on espère que vous allez bien et que vous êtes prêts pour un nouveau sujet sur la chaîne ATT&CK.
00:13 Dans cette vidéo, nous allons nous pencher sur l'une des vedettes des recherches scientifiques des 20 dernières années, les matériaux autoréparants.
00:21 Ces derniers sont en effet l'objet de toutes les convoitises, tant écologiquement qu'économiquement parlant.
00:27 Il faut dire qu'ils pourraient améliorer définitivement la fiabilité et la durée de vie de matériaux très importants dans des domaines aussi variés que la construction, l'éolien, l'automobile, l'énergie ou encore l'aérospatiale.
00:41 Imaginez des pièces et des matériaux qui peuvent se réparer de façon autonome, il y a en effet de quoi faire rêver.
00:48 Et si une telle réalité demeurait justement au stade de la chimère il y a quelques années encore, les choses viennent de changer depuis récemment.
00:56 Une avancée technologique de taille que l'on doit aux travaux de chercheurs en ingénierie de l'Université d'État de la Caroline du Nord.
01:03 Poussant plus en avant les recherches menées au cours des deux décennies précédentes, ils ont réussi à développer un nouveau composite auto-cicatrisant aux propriétés exceptionnelles.
01:14 Celui-ci permettrait à des structures en métal ou en béton par exemple de répondre elles-mêmes à leur propre dégradation.
01:21 Une innovation qui voit la recherche sur ces matériaux du futur sortir des impasses dans lesquelles elle était prisonnière depuis des années.
01:29 Vous voulez savoir comment les pales d'une éolienne ou les ailes d'un avion pourraient se réparer toutes seules ?
01:35 Comment un mur en béton arrivera à colmater ses fissures par lui-même ? Poursuivez cette vidéo.
01:43 Si en seulement quelques années la question des matériaux auto-réparants a pris l'importance qui est aujourd'hui la sienne, c'est en raison notamment de l'urgence climatique qui nous concerne tous.
01:53 Sur ce point, l'exemple du béton parle de lui-même. Il faut savoir que l'énergie nécessaire à sa fabrication est à la source d'une énorme émission de gaz à effet de serre.
02:03 Pour s'en faire une idée, l'industrie cimentière serait responsable de 5% des émissions mondiales de CO2.
02:10 A cette première problématique se greffent les coûts financiers et environnementaux de l'entretien et de la réparation des constructions en béton.
02:18 Sa fragilité fait qu'avec le temps, des fissures se propagent à l'intérieur et dégradent les structures.
02:25 Les nécessaires réparations impliquent alors un ajout de béton très polluant lors de sa production, sans compter les coûts de fabrication ainsi qu'une autre pollution liée à l'acheminement des matériaux.
02:36 Plus largement, 90% des composites sur le marché, que ce soit dans l'aéronautique, l'automobile ou l'éolien, ne sont pas recyclés.
02:45 Des réalités qui rendent urgente l'apparition de solutions minimisant l'impact écologique des entreprises et du secteur industriel.
02:53 On comprend pourquoi les matériaux autoréparants peuvent à ce stade faire figure de solutions miracles.
02:59 Pourtant, le procédé ne date pas d'hier, puisque dès la Rome antique, certains édifices auraient déjà été bâtis avec l'aide de mortiers présentant des propriétés d'autoguerrisons.
03:10 Quant au béton lui-même, ses qualités naturelles d'autoréparation seraient connues depuis le milieu du 19e siècle.
03:17 Ce n'est pourtant que très récemment, à partir des années 2000, que la recherche sur les matériaux intelligents devient l'objet de plus vive considération.
03:25 En 2001, des chercheurs de l'Université de l'Illinois dînent ainsi le coup d'envoi d'une partie toujours en cours,
03:32 en inventant l'un des premiers composites capables de s'autoréparer de manière efficace.
03:38 Le procédé consistait en des microcapsules constituées d'agents cicatrisants injectés à l'intérieur du matériau.
03:45 Le principe élémentaire voyait ces dernières s'ouvrir, puis libérer l'agent actif sous l'action d'une fissure.
03:52 La dispersion du produit était ensuite activée par un catalyseur dispersé dans le matériau, servant alors à combler la brèche.
04:00 Mais comme le fait remarquer Jason Patrick, professeur à l'Université de Caroline du Nord et l'un des auteurs de l'innovation,
04:07 ce procédé s'est vite heurté à des impasses pratiques.
04:10 La principale étant le fait que cette autoguerrison n'était pas viable à terme.
04:15 En effet, une fois l'agent cicatrisant dispersé et la microcapsule vide, la partie du composite ne pouvait plus être réparée.
04:22 Plus tard, même avec les plus efficaces d'entre elles, les performances des techniques d'autoréparation diminuaient considérablement.
04:29 L'approche mise au point par les chercheurs de l'Université de Caroline du Nord vient justement répondre à ces limites.
04:36 Mieux encore, leur innovation conserve durablement la résistance, les caractéristiques et les performances des matériaux composites fabriqués.
04:44 Lesquels pouvant alors être utilisés dans une grande variété d'applications,
04:49 telles que les ailes d'avion, les satellites, les composants automobiles et les articles de sport,
04:54 pendant une période bien plus longue, sans pour autant s'inquiéter d'une panne éventuelle.
04:59 Des matériaux autoréparables nouvelle génération développés pour être à la fois plus durables et plus résistants
05:05 aux facteurs qui peuvent précisément raccourcir leur durée de vie.
05:09 Ils peuvent par exemple ainsi résister à des températures élevées, aux torsions ou aux dommages causés par l'eau et d'autres éléments encore.
05:17 Comme le précise Jason Patrick, c'est là une technologie qui offre bien des promesses pour l'avenir.
05:22 À commencer par sa capacité à augmenter la durabilité des composites structurels et à réduire les coûts à long terme.
05:29 Mais alors, quel est le secret au cœur de ce nouveau composite autoréparant ?
05:34 Les composites stratifiés sont des matériaux fabriqués à partir de couches de fibres renforçantes,
05:40 comme le verre ou les fibres de carbone, liées ensemble par un matériau de liaison.
05:45 Appréciés pour leur résistance et leur légèreté, ils subissent cependant des dommages parfois irréversibles,
05:51 lorsque la colle qui relie ces couches ensemble se détache ou se sépare.
05:56 Comme nous l'avons vu, les conséquences peuvent aller d'une diminution progressive des performances du matériau
06:01 jusqu'à la défaillance complète de l'application ou de l'appareil.
06:05 Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé les ressources de l'impression 3D.
06:10 Celle-ci a su rapidement s'imposer comme un outil essentiel pour la fabrication de matériaux avancés,
06:16 y compris donc les matériaux autoréparables.
06:19 L'équipe de chercheurs américains a réussi à utiliser cette technique
06:23 pour créer des matériaux renforcés par des fibres qui peuvent se réparer automatiquement.
06:28 Le nom de ce processus ? La cicatrisation thermoplastique.
06:33 Celle-ci consiste à utiliser un agent de cicatrisation imprimé en 3D sur le matériau de renforcement.
06:39 Lorsque par la suite un courant électrique est appliqué,
06:43 l'agent de cicatrisation se réchauffe et s'écoule dans les fissures ou les micro-fractures du composite,
06:48 réparant ainsi les dommages.
06:51 Ce processus peut être répété plusieurs fois sans perdre son efficacité.
06:56 Selon les dires de Jason Patrick, encore lui, le processus peut être répété au moins 100 fois
07:02 sans que l'efficacité de l'autoguerrison en pâtisse ou ne faiblisse.
07:06 À cette heure, ils ignorent encore s'il existe une limite supérieure aux performances de leur innovation.
07:12 Mais si cette nouvelle technique pour fabriquer des matériaux pouvant se réparer seul
07:17 se distingue déjà par son incroyable efficacité,
07:20 l'innovation de Patrick et de ses confrères va encore plus loin.
07:24 En effet, l'utilisation du thermoplastique imprimé augmente également considérablement
07:28 la résistance des matériaux aux fractures.
07:31 Concrètement, pour causer une détérioration ou une défaillance,
07:34 il faut jusqu'à 5 fois plus d'énergie qu'avant l'utilisation de cet agent de cicatrisation thermoplastique.
07:41 Et si la fabrication des composites nécessaires à leur invention
07:45 réclame un investissement financier légèrement plus conséquent que d'autres techniques,
07:49 cela s'affirme amplement compensé par les promesses de durabilité et de fiabilité qu'elles engagent.
07:55 À tel point que cette nouvelle technique termine d'imposer les matériaux autoréparants
07:59 comme l'avenir de la construction et comme l'une des plus belles promesses pour notre avenir.
08:04 Leur impact sur la réduction des réparations coûteuses et polluantes,
08:08 sur la durabilité des structures et des matériaux utilisés dans la construction
08:12 et donc sur l'environnement, bien sûr, sera à la fois inédit et déterminant.
08:17 Et le champ de leur application ne semble quant à lui pas connaître de limites,
08:21 allant des bâtiments aux infrastructures en passant par les transports et l'énergie.
08:26 Il pourrait par exemple être utilisé pour les toits, les façades et les revêtements de sol des bâtiments,
08:31 comme pour les routes, les ponts et les digues,
08:34 afin de prolonger la durée de vie et la sécurité des infrastructures.
08:38 Dans l'industrie de l'énergie, les matériaux autoréparants paraissent également s'imposer
08:43 comme la réponse évidente aux limites structurelles rencontrées avec les panneaux solaires
08:47 ou encore les centrales électriques.
08:49 Ici, le secteur des éoliennes, et en particulier des éoliennes offshore, fait figure de cas d'école.
08:55 Les matériaux autoréparants pouvant en effet être utilisés pour le renforcement des pales d'éoliennes,
09:01 prolongeant à la fois leur durée de vie et réduisant surtout les risques de défaillance.
09:06 Ces dernières conduisant toujours à des réparations extrêmement coûteuses
09:10 ont été mis en arrêt aux conséquences regrettables.
09:13 Ils verront aussi s'améliorer la résistance des pales aux conditions météorologiques extrêmes,
09:17 notamment face à la torsion et à la flexion.
09:21 Dans le domaine de l'aérospatial, l'importance des matériaux autoréparants et autocicatrisants
09:26 devient même cruciale en raison de la nature extrême des conditions
09:29 auxquelles les avions et les satellites sont exposés.
09:33 Ils peuvent être utilisés pour les ailes des avions, les coques des satellites,
09:37 les airvoires de carburant, les joints et les revêtements de surface
09:41 pour améliorer la résistance aux impacts et à l'abrasion.
09:45 En utilisant cette nouvelle technique, les coûts de maintenance des avions et des satellites
09:49 seront réduits de manière significative,
09:52 ainsi que les risques liés aux pannes et à l'arrêt des opérations,
09:55 améliorant la sécurité des vols et des missions.
09:58 Pour résumer, nous laisserons le mot de la fin au professeur de génie mécanique et de matériaux
10:03 à l'Université du Kentucky, Chris Twan.
10:06 Ce dernier affirmant sans détour que les matériaux autoréparants
10:09 sont l'avenir de l'ingénierie et de la technologie.
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