Quand la matière transforme une pression rectiligne en torsion

A l’origine, le terme de métamatériau désignait des matériaux artificiels, généralement structurés de manière périodique, dont les propriétés électromagnétiques sont surprenantes. Mais il s’est généralisé à tous les matériaux présentant des propriétés mécaniques, acoustiques, optiques qui sortent de l’ordinaire voire qui semblaient impossibles à des matériaux standards. L’échelle des structures de base de ces métamatériaux est généralement inférieure à la longueur d’onde caractéristique du phénomène que l’on veut contrôler.

C’est ainsi qu’une équipe de l’institut Femto-ST de l’université Bourgogne Franche-Comté et du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en Allemagne a conçu un matériau microstructuré qui a l’étonnante propriété de transformer une contrainte uniaxiale qui lui est appliquée en un mouvement de torsion pure. Une propriété mécanique qui sort tellement de l’ordinaire qu’elle a fait la Une du magazine Science.

Un matériau issu de la fabrication additive

Les matériaux testés sont constitués de microstructures périodiques chirales (donc non superposable à leur image dans un miroir) dont la cellule de base de forme générale cubique a été optimisée par calcul numérique. Ils ont été fabriqués par une technique d’impression 3D micrométrique : un laser à impulsions ultra-courtes qui, en son point focal, polymérise un liquide photosensible. Les échantillons de matériaux, de maximum quelques millimètres ont montré une torsion supérieure à 2° pour 1 % de déformation axiale. Les chercheurs ont fait varier le nombre de cellules de base, de 4 à 500, dans des échantillons toujours de la même taille. Ils ont pu observer les changements de propriétés mécaniques induit par le nombre de cellules telle que l’apparition d’une plus grande rigidité.

Contrôler des ondes élastiques

Désormais, les chercheurs vont s’attacher à montrer que ces mématériaux peuvent être utilisés pour contrôler des ondes élastiques. Ils pourront ainsi être à la base de concept ou système de protection contre des ondes indésirables : ondes sismiques, ondes sonores, vibrations dans les structures aéronautiques etc.

Sophie Hoguin