Le futur des amortisseurs passera par les métamatériaux

C’est du moins ce que laissent à penser les travaux d’une équipe américano-britannique sur la réponse à haute fréquence de matériaux 3D métalliques composés de treillis tissés de manière particulière.

Dans un article paru dans les Scientific Reports de Nature, des chercheurs de l’université de Californie (Irvine – USA), de l’université John Hopkins (Baltimore – USA) et de l’université du Surrey (Guildford – Royaume-Uni) présentent un métamatériau métallique qui allie la rigidité des métaux ou des céramiques aux capacités d’amortissement du caoutchouc. Cette dernière propriété provient de la structure 3D du tissage. Cette classe de métamatériau d’amortissement peut potentiellement être utilisée dans de très nombreuses applications qui nécessitent une atténuation des vibrations haute fréquence et qui sont sensibles au poids, à commencer par tous les moyens de transports.

Comment ça marche ?

Dans ce matériau, le métal est tissé de manière orthogonale avec des fils de chaîne et des fils de trame, auxquels viennent se rajouter des fils en Z qui entourent les derniers fils de trame supérieurs et inférieurs, puis qui courent dans l’épaisseur pour relier l’ensemble. Des joints de brasage sont ensuite ajoutés, mais seulement à certains endroits choisis du treillis, laissant ainsi « flottants » les autres contacts entre fils métalliques. Cette liberté de mouvement confère à la structure une capacité d’amortissement comparable à celles des polymères en termes de coefficient d’amortissement, mais ces matériaux – contrairement aux polymères – restent poreux et peuvent supporter une température maximale d’utilisation beaucoup plus élevée.

Schémas issus de l’article de Nature qui est en accès libre. (Crédit Nature) — (a) Le matériau 3D tissé est composé d’un fil de chaîne (rouge), d’un fil de trame (bleu) et de fils en Z (vert) (b) les points jaunes indiquent les joints de brasage (c) Coupe transversale du réseau tissé laissant apparaître le squelette rigide représentée par la partie brasée en haut et en bas et des éléments flottants au sein de la structure. (d) image en MEB (microscopie électronique à balayage) d’une face brasée confirmant les liens métallurgiques qui se sont créés dans la structure en treillis.

L’essor des métamatériaux phoniques et mécaniques

Cette recherche illustre de nouveau le dynamisme autour des métamatériaux, dont l’étude a commencé avec des métamatériaux électromagnétiques pour la photonique et qui se développent maintenant dans les domaines de la transmission des sons et des vibrations (lutte antisismique par exemple), ainsi que de répartition et maîtrise des forces mécaniques, à l’image de ces travaux sur un métamatériau transformant une force de pression rectiligne en torsion , ou ceux sur le stockage de l’énergie dans des matériaux auxétiques.

Sophie Hoguin