Les quasi-cristaux, au service de l’impression 3D

Rangez trompettes et tocsins, ce n’est plus une surprise pour personne : la révolution initiée par les imprimantes 3D est bien en marche, avec une nette accélération depuis le début du XXIe siècle. Elle connaît une expansion telle que sa croissance mondiale est à deux chiffres depuis plus de dix ans.

Ses nombreuses applications – notamment dans l’industrie – et sa rapide démocratisation laisse penser que l’impression tridimensionnelle pourrait être l’un des éléments essentiels de ce que l’essayiste américain Jeremy Rifkin appelle « la troisième révolution industrielle ».

L’un des freins à l’avènement de cette nouvelle ère réside pourtant dans le choix des matériaux à disposition. Les industries automobile, aérospatiale et aéronautique ont, à titre d’exemple, de plus en plus recours à l’impression 3D pour fabriquer certains de leurs composants, mais le choix actuel des matériaux utilisés satisfait de moins en moins les exigences des géants de ces secteurs. Ils réclament avec insistance de nouveaux composites pour produire des pièces plus solides, encore plus légères, et dont les propriétés fonctionnelles seraient plus adaptées à leurs besoins.

Et si la solution venait… des quasi-cristaux ? Découverts en 1982 par le scientifique israélien Dan Shechtman – découverte qui lui valut le prix Nobel de chimie en 2011 – les quasi-cristaux sont en tout cas l’une des pistes étudiées par les chercheurs de l’institut Jean Lamour (université de Lorraine / CNRS), qui travaillent depuis plusieurs années sur la possible utilisation de matériaux composites à base de ces alliages métalliques dans les processus de fabrication additive.

Les quasi-cristaux sont des alliages métalliques complexes possédant certaines propriétés des cristaux – un spectre de diffraction essentiellement discret – mais dont la structure n’est pas périodique.

Le faible coefficient de friction (pour un alliage métallique) de ces composites, combiné à une assez bonne résistance à la corrosion ainsi qu’à l’usure font que ces matériaux semblent très prometteurs, notamment dans le domaine de l’impression 3D. Ils resteraient néanmoins intrinsèquement cassants, ce qui éliminerait d’emblée leur utilisation comme matériaux de base. Deux alternatives subsistent : utiliser ces alliages dans des composites à renfort particulaire, ou les utiliser comme revêtement.

Les composites en question, combinant alliages métalliques complexes et métaux, ont des propriétés mécaniques équivalentes à l’acier cuivré, mais… en moins dense.

Des pièces moins denses représentent du pain béni pour les industriels du transport, car elles permettent de diminuer la consommation de carburant en diminuant le poids d’un véhicule. L’un des coauteurs, Samuel Kenzari, rappelle qu’il est également possible de renforcer les composites à matrice polymère avec ces quasi-cristaux, et que des pièces utilisant ces technologies sont déjà disponibles dans le commerce.

Par Rahman Moonzur