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Des matériaux de plus en plus intelligents! - Par : Charles Simoneau,

Des matériaux de plus en plus intelligents!


Charles Simoneau
Charles Simoneau Profil de l'auteur(e)
De 2006 à 2016, Charles Simoneau a complété un baccalauréat, une maîtrise et un doctorat dans le département de génie mécanique à l’ÉTS. Il travaille présentement chez GE Aviation à titre d’analyste éléments finis et de chargé de projets.
Programme : Génie mécanique 

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Introduction

Le premier colloque visant à unifier deux regroupements stratégiques de recherche du Québec, soit le CRMAA (Centre de recherche sur les matériaux auto-assemblés) et le CQMF (Centre québécois sur les matériaux fonctionnels), s’est tenu les 3 et 4 mai 2016 à l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal. Lors de ce colloque, des chercheurs des regroupements stratégiques CRMAA et CQMF ont présenté les perspectives des axes de recherche suivants :

  1. Structures supramoléculaires et auto-assemblées
  2. Polymères
  3. Biointerfaces
  4. Nanoscience et nanotechnologies
  5. Énergie
  6. Biomédical
  7. Environnement et développement durable
  8. Matériaux intelligents

intelligentsCet article présente les perspectives de l’axe de recherche « Matériaux intelligents » présenté par le professeur Fiorenzo Vetrone du Centre Énergie, Matériaux et Télécommunications (EMT) de l’Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) de l’Université du Québec.

Les matériaux intelligents

Un matériau intelligent (ou smart material en anglais) est un matériau possédant une ou plusieurs propriétés qui peuvent être considérablement modifiées de manière contrôlée par des stimuli externes tels que des contraintes mécaniques, la température, l’humidité, le pH, la lumière, les champs électriques ou magnétiques, etc. [1]. C’est la raison pour laquelle les matériaux intelligents sont aussi appelés matériaux sensibles aux stimuli.

Il est possible de retrouver des matériaux intelligents dans plusieurs champs d’application (biologie et nanomédecine, capteurs, aérospatial, robotique, automobile, énergie, environnement, électronique, etc.). Ces champs d’application sont interreliés puisqu’ils partagent tous plusieurs points en commun : cette liste n’est donc pas exhaustive.

Exemples d’applications

Polymères sensibles aux stimuli

Sous l’application d’un stimulus (mécanique, thermique, composition chimique, lumière, etc.), le polymère subit un changement d’origine chimique menant à une variation de ses propriétés physiques [2].

Alliages à mémoire de forme

Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont des matériaux présentant des propriétés particulières dites de mémoire de forme. Ces matériaux peuvent être retrouvés sous forme de métaux, polymères, céramiques, composites, etc. Tout comme les polymères sensibles aux stimuli, leur champ d’application est très vaste.

À l’ÉTS, le Laboratoire sur les alliages à mémoire et systèmes intelligents (LAMSI) favorise la conception et le développement de composantes en alliages à mémoire de forme pour diverses applications industrielles.

La vidéo suivante montre le phénomène de mémoire de forme d’un alliage de titane-nickel (également appelé nitinol) causé par un stimulus d’origine thermique.

Matériaux bio-inspirés

Les matériaux bio-inspirés sont essentiellement une classe de matériau dont certaines propriétés s’inspirent du vivant pour tirer parti des solutions et inventions produites par la nature. Parmi les plus populaires, il est possible de retrouver :

  • la propriété hydrophobe de la feuille de lotus obtenue grâce à une rugosité nanométrique conduisant à une surface autonettoyante;

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  • La propriété hydrophobe des pattes du gerridae (un insecte communément appelé araignée d’eau) lui permettant de se déplacer sur l’eau grâce à la tension de surface de l’eau;

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  • Le mécanisme d’adhérence des lamelles situées sous les pattes du gecko (un petit reptile) lui permettant de s’attacher à pratiquement n’importe quel type de surface, peu importe son angle d’inclinaison.

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Matériaux pour l’ingénierie tissulaire et la médecine régénérative

Ces nanomatériaux sont souvent des polymères et des métaux biocompatibles possédant des propriétés physicochimiques leur permettant d’imiter, de créer, de remplacer, de restaurer, de maintenir ou d’améliorer certains aspects des cellules ou des tissus.

Matériaux photochromiques

Le meilleur exemple des matériaux photochromiques est celui des verres qui adaptent leur teinte en fonction de la quantité de rayons ultraviolets (UV) auxquels ils sont soumis : lorsque l’exposition aux rayons UV augmente, la teinte des verres devient plus opaque et vice et versa lorsque l’exposition UV diminue. Ce phénomène, le photochromisme, provient d’une réaction réversible entre deux formes d’un composé chimique [3].

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Verre photochromique partiellement exposé aux rayons du soleil (l’autre partie est cachée du soleil par une feuille de papier)

Textiles intelligents

La revue Forbes a présenté un article très intéressant portant sur les textiles intelligents où il est proposé qu’ils soient classifiés en deux catégories [4] :

1. Esthétique (mode) : tissus s’illuminant ou changeant de couleur;

2. Augmentation des performances (autant pour les sportifs de haut niveau que pour le personnel de l’armée) : régulation de la température corporelle, diminution de la résistance au vent, etc.

Futurs travaux de recherche

Le professeur Vetrone a proposé quelques sujets pour de futures recherches à poursuivre par le regroupement stratégique CQMF/CRMAA dans le domaine des matériaux intelligents :

  • Développement de matériaux hybrides combinant différents types de matériaux pour ajouter certaines propriétés/fonctionnalités à des matériaux existants et les rendre plus intelligents;
  • Développement de systèmes adaptatifs pouvant répondre à plusieurs stimuli externes de façon intelligente;
  • À plus long terme, développement d’une nouvelle génération de matériaux intelligents pouvant interagir avec l’environnement sans application de stimulus externe.

Auteur

Charles_SimoneauCharles Simoneau est étudiant au doctorat au laboratoire LAMSI de l’École de technologie supérieure de Montréal (ÉTS). Ses travaux de recherche sont orientés vers la modélisation multiéchelle du comportement mécanique de mousses métalliques pour applications médicales.

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[1] Wikipédia (2016). Matériau intelligent. Site mis à jour le 3 juin 2016. Consulté le 17 juin 2016 du site web suivant : https://en.wikipedia.org/wiki/Smart_material
[2] Nature Materials, 9; 101 (2010)
[3] Wikipédia (2016). Photochromisme. Site mis à jour le 18 mai 2016. Consulté le 17 juin 2016 du site web suivant : https://fr.wikipedia.org/wiki/Photochromisme
[4] Consulté le 17 juin 2016 du site Web suivant : http://www.forbes.com/sites/forbesstylefile/2014/05/07/what-is-the-future-of-fabric-these-smart-textiles-will-blow-your-mind.[/accordion]

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  • L’image d’entête provient du site MIT Self Assembly Lab : sans restriction d’usage connue, source;
  • L’image de la feuille de lotus provient du site Wikipédia, source. Licence CC 3.0;
  • L’image du gerridae provient du site Wikipédia, source. Licence CC 3.0;
  • L’image du gecko provient du site Wikipédia, source. Licence CC 3.0;
  • L’image de la lunette provient du site Wikipédia, source. Licence CC 3.0.[/accordion]

 

Charles Simoneau

Profil de l'auteur(e)

De 2006 à 2016, Charles Simoneau a complété un baccalauréat, une maîtrise et un doctorat dans le département de génie mécanique à l’ÉTS. Il travaille présentement chez GE Aviation à titre d’analyste éléments finis et de chargé de projets.

Programme : Génie mécanique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche ÉTS sur l'ingénierie des procédés, des matériaux et des structures pour la fabrication additive 

Laboratoires de recherche : LAMSI – Laboratoire sur les alliages à mémoire et les systèmes intelligents 

Profil de l'auteur(e)