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La peau du gar inspire un revêtement utilisé en sécurité du travail - Par : Hanen Hattab,

La peau du gar inspire un revêtement utilisé en sécurité du travail


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Les enveloppes corporelles animales assurent l’interaction entre l’organisme et son environnement. Elles protègent ses parties fragiles contre la prédation et les conditions climatiques, et constituent des membranes d’échange de matières et d’énergie avec le milieu extérieur. Ce sont leurs textures qui leur confèrent synergie et polyvalence et qui inspirent des matériaux et des revêtements de plus en plus sophistiqués et performants. Le post-doctorant chercheur en nanomatériaux et nanotechnologies Roberto Martini et le professeur associé Francois Barthelat spécialiste en bio-ingénierie et biomimétique du Département de génie mécanique de l’Université McGill de Montréal ont créé des gants de protection inspirés de la peau de l’alligator gar. Leur étude intitulée « Stretch-and-release fabrication, testing and optimization of a flexible ceramic armor inspired from fish scales » a été publiée le 13 octobre 2016 par le journal IOPscience.

Barthelat dirige le Laboratory for Advanced Materials and Bioinspiration où sont menées des recherches de transferts de connaissances du vivant pour la conception de matériaux bio-inspirés.

Résistance et flexibilité des écailles des reptiles et des poissons

Martini et Barthelat ont étudié depuis deux ans plusieurs espèces de poissons afin de concevoir un revêtement de gants de protection pour les travailleurs industriels. Ils voulaient reproduire les propriétés protectrices et la souplesse de leur membrane extérieure afin de créer un revêtement confortable, ergonomique et qui résiste aux perforations.

Dans l’article, les chercheurs ont d’abord présenté les caractéristiques communes aux écailles des reptiles et des poissons et les inventions qu’elles ont inspirées depuis les temps reculés  :

  • Les écailles se présentent sous forme de différentes grandeurs, elles sont plus rigides et plus dures que la peau et les tissus doux qu’elles protègent;
  • Elles forment des arrangements de motifs  alternés sur toute la surface de la peau;
  • La taille d’une écaille est d’environ un ordre de grandeur inférieur à la taille globale de l’animal;
  • Les écailles se chevauchent pour couvrir les articulations fragiles et pour générer des protections multicouches;
  • Elles présentent également d’excellentes propriétés en ce qui a trait à la dureté de surface, de la résistance à la déchirure et à la morsure;
  • Les interactions entre les écailles gouvernent le comportement local de flexion, par exemple, en permettant  la souplesse lorsque le  rayon de courbure est faible, mais en augmentant la rigidité lorsque le rayon de courbure est élevé. L’interaction entre les écailles améliore également la résistance aux chocs extérieurs en protégeant les jonctions faibles;
  • Les propriétés mécaniques de résistance et de souplesse des peaux à écailles ont inspiré plusieurs applications depuis le moyen âge. En effet, les chercheurs ont cité l’exemple des cottes de mailles médiévales, dont les anneaux métalliques sont assemblés selon une configuration semblable aux peaux animales afin de former une armure flexible et protectrice.
Les écailles de poissons comme le gar inspirent les hommes depuis longtemps

Broigne mongole du XIIIe siècle

Martini et Barthelat ont souligné aussi que la cotte de mailles est encore employée dans des accessoires et des combinaisons de protection comme les gants de boucher. La plupart des systèmes de protection flexibles utilisés aujourd’hui sont à base de fibres d’aramide (par exemple Kevlar®) ou de polyéthylène (Spectra®). Ils ont soulevé par ailleurs l’inconvénient que présente ce revêtement, à savoir les espaces qui séparent les anneaux et qui peuvent laisser s’enfoncer les pointes très fines d’objets contondants. De plus, les revêtements de blindage à base de disques de céramique résistants aux projectiles balistiques n’offrent pas, selon Martini et Barthelat, la mobilité requise pour certaines tâches manuelles. Les auteurs ont cité d’autres innovations dont les structures imitent les peaux à écailles, mais qui présentent des défauts structurels à cause du choix erroné du matériau, composé de petites lamelles juxtaposées sur des substrats, comme la toile tridimensionnelle créée par une équipe de l’American Technion Society en 2015 pour des applications militaires et spatiales.

De l’alligator gar à la macrostructure du revêtement du gant

L’équipe de McGill propose une nouvelle méthode de conception de protection dermique synthétique inspirée de la peau de l’alligator gar et ayant recours à une technique de fabrication de l’électronique flexible. Cette technique permettra de disposer des écailles en alumine haute pureté (dont le Module de Young est égal à 300 GPa) en chevauchement sur une membrane en silicone souple. L’épaisseur de la plaque de céramique utilisée est de 0,6 mm. Disposées selon la configuration géométrique de la peau du poisson, les lamelles en céramique offriront la même résistance et la même flexibilité que ses écailles en kératine. Les calculs géométriques et mécaniques effectués par l’équipe ont apporté deux paramètres importants dans la réalisation de cette texture tridimensionnelle à savoir le rapport d’échelle entre les lamelles et la surface couverte et l’interaction entre les lamelles en réponse au mouvement de la membrane et aux coups extérieurs.

Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et par les Fonds de recherche du Québec « Nature et Technologies  ».

 

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Profil de l'auteur(e)