Nacre brillante d’ormeau échouée sur le rivage.
Verre le plus solide et le plus résistant jamais développé par les scientifiques de l’Université McGill.
Des scientifiques de l’Université McGill développent un verre plus solide et plus résistant, inspiré par la couche interne des coquilles de mollusques. Au lieu de se briser à l’impact, le nouveau matériau a la résilience du plastique et pourrait être utilisé pour améliorer les écrans de téléphones portables à l’avenir, entre autres applications.
Bien que des techniques telles que la trempe et le laminage puissent aider à renforcer le verre, elles sont coûteuses et ne fonctionnent plus une fois la surface endommagée. « Jusqu’à présent, il y avait des compromis entre haute résistance, ténacité et transparence. Notre nouveau matériau est non seulement trois fois plus résistant que le verre normal, mais aussi plus de cinq fois plus résistant aux fractures », déclare Allen Ehrlicher, professeur agrégé au Département de bio-ingénierie de l’Université McGill.
(A) Composite de verre (sans stratégie de correspondance d’indice à gauche et avec correspondance d’indice à droite), (B) Microstructure du composite de verre, (C) Vue de la couche nacrée en coquille d’ormeau rouge et (D) Microstructure de Nacre. Crédit : Allen Ehrlicher
La nature comme maître du design
S’inspirant de la nature, le scientifique a créé un nouveau matériau composite de verre et d’acrylique qui imite la nacre ou la nacre. « La nature est un maître du design. L’étude de la structure des matériaux biologiques et la compréhension de leur fonctionnement offrent de l’inspiration, et parfois des plans, pour de nouveaux matériaux », explique Ehrlicher.
« Étonnamment, la nacre a la rigidité d’un matériau rigide et la durabilité d’un matériau souple, ce qui lui donne le meilleur des deux mondes », explique-t-il. « Il est fait de morceaux rigides de matière semblable à de la craie qui sont recouverts de protéines molles hautement élastiques. Cette structure produit une résistance exceptionnelle, la rendant 3000 fois plus résistante que les matériaux qui la composent.
Les scientifiques ont pris l’architecture de la nacre et l’ont reproduite avec des couches de flocons de verre et d’acrylique, donnant un matériau exceptionnellement solide mais opaque qui peut être produit facilement et à moindre coût. Ils sont ensuite allés plus loin pour rendre le composite optiquement transparent. « En ajustant l’indice de réfraction de l’acrylique, nous l’avons fait se fondre parfaitement avec le verre pour créer un composite vraiment transparent », explique l’auteur principal Ali Amini, chercheur postdoctoral à McGill. Dans les prochaines étapes, ils prévoient de l’améliorer en incorporant une technologie intelligente permettant au verre de modifier ses propriétés, telles que la couleur, la mécanique et la conductivité.
(A) Microstructure du verre composite et (B) Microstructure de la Nacre. Crédit : Allen Ehrlicher
Invention perdue du verre souple
Le verre souple est censé être une invention perdue de l’époque du règne de l’empereur romain Tibère César. Selon les récits historiques populaires des auteurs romains Gaius Plinius Secundus et Petronius, l’inventeur a apporté un bol à boire fait de ce matériau devant l’empereur. Lorsque le bol a été mis à l’épreuve pour le casser, il s’est seulement cabossé au lieu de se briser.
Après que l’inventeur eut juré qu’il était la seule personne à savoir comment produire le matériau, Tibère fit exécuter l’homme, craignant que le verre ne dévalorise l’or et l’argent parce qu’il pourrait être plus précieux.
« Quand je pense à l’histoire de Tibère, je suis heureux que notre innovation matérielle mène à la publication plutôt qu’à l’exécution », déclare Ehrlicher.
Référence : « Centrifugation and index-matching yields a strong and transparent bioinspired nacreous composite » par Ali Amini, Adele Khavari, Francois Barthelat et Allen J. Ehrlicher, 10 septembre 2021, Science.
DOI : 10.1126/science.abf0277
