Focus sur les travaux des ingénieur.e.s Cnam/CNRS du labo Pimm

Fleurs élastiques : le futur des matériaux architecturés ?

Tapis de fleurs auxétiques réparties en réseau triangulaire (les couleurs correspondent au déplacement horizontal appliqué : rouge vers la droite, bleu vers la gauche). ©Zhen-Pei Wang

15 août 2017
30 septembre 2017

Focus sur les travaux de deux chercheurs français appartenant à un de nos laboratoires communs : le laboratoire procédés et ingénierie en mécanique et matériaux (Pimm) – CNRS/Cnam/Arts et métiers Paris Tech.

Chercheurs : Justin Dirrenberger et Samuel Forest avec Zhen-Pei Wang, Leong Hien Poh et Yiling Zhu

Depuis une vingtaine d’années, les chercheurs ne se contentent plus de comprendre et prévoir les propriétés des matériaux, ils les façonnent en concevant des matériaux sur mesure aux propriétés spécifiques, des « matériaux architecturés ». Un design inédit pour leur fabrication vient d’être proposé par des chercheurs du CNRS et du Cnam, en collaboration avec l’Université nationale de Singapour. Ces derniers ont imaginé un réseau en nid d’abeille sur lequel sont greffées des formes de fleurs aux pétales flexibles.

Crédits : ©Zhen-Pei Wang Légende : Cellule élémentaire du matériau périodique : la fleur est étirée horizontalement, on voit qu'elle s'étend également  verticalement, c'est l'effet auxétique.Pour concevoir cette structure, les chercheurs ont utilisé le caractère auxétique propre à certains matériaux. Lorsque l’on étire un élastique en caoutchouc, il devient plus fin, son diamètre est réduit. De façon surprenante, dans les mêmes conditions, un fil constitué d’un matériau auxétique voit son volume augmenter. Les matériaux architecturés sont habituellement peu résistants et fatiguent rapidement car leurs microstructures présentent des angles vifs qui sont à l’origine de fissures. L’équipe de recherche a réussi, grâce à une méthode mathématique originale, à n’utiliser que des formes régulières lisses : en réponse à une traction, les pétales de la structure se déplient, conduisant à une expansion dans les deux sens du plan. Le réseau en nid d’abeille permet au matériau d’adopter un comportement identique dans toutes les directions lorsqu’il est soumis à une force dans le plan. Ce motif floral permettra, une fois appliqué aux matériaux – fleurs et tiges en polymère ou en métal, d’alléger les structures tout en gardant une bonne résistance aux chocs.

Publiés le 15 août dans Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, ces résultats sont prometteurs dans des domaines tels que l’aérospatial et l’automobile.