Des composites auto-cicatrisants, même à -60°C


Des chercheurs ont développé une nouvelle méthode pour rendre des matériaux composites auto-cicatrisants dans des environnements très froids.

Les scientifiques de l’équipe, dirigée par l’Université de Birmingham, au Royaume-Uni, et l’Institut de Technologie Harbin, en Chine, sont les premiers à démontrer une auto-réparabilité fonctionnelle à des températures très basses (-60°C).

Cette technologie pourrait être employée dans les cas où la réparation est difficile, comme les éoliennes installées en pleine mer, ou tout simplement impossible, comme les satellites ou les avions en vol.

composites autocicatrisants a froid

Les composites auto-cicatrisants sont capables de retrouver automatiquement leurs propriétés d’origine, quand ils sont endommagés. Une des solutions déjà connue consiste à intégrer à la structure composite un réseau tri-dimensionnnel de vaisseaux creux qui transporte un agent réparant liquide.
Quand le composite est endommagé, par exemple par un délaminage, certains de ces vaisseaux sont rompus, ce qui libère localement l’agent cicatrisant.

Des recherches antérieures ont montré que, dans des conditions d’environnement clémentes, l’auto-réparation des composites fonctionnait très bien. Les propriétés après auto-réparation pouvaient même dépasser les propriétés d’origine.

En revanche, jusqu’à cette publication dans la revue « Royal Society Open Science », l’auto-cicatrisation n’était pas satisfaisante en environnements durcis, comme les basses températures.

La nouveauté a consisté ici à intégrer en plus dans le composite un élément conducteur poreux qui apporte de la chaleur aux zones nécessaires.

« Les deux composants sont essentiels », explique Yongjing Wang, doctorant à l’Université de Birmingham. » Sans l’élément chauffant, le liquide cicatrisant serait gelé à -60°C et la réaction chimique de réparation ne s’amorcerait pas. Sans les vaisseaux, le liquide de réparation ne peut pas être apporté aux zones endommagées. »

Avec ce double ajout, des taux de réparations de plus de 100% ont été obtenus à -60°C sur des stratifiés à renforts fibre de verre, mais la technique pourrait être appliquée à la plupart des matériaux composites auto-cicatrisants.

Comme matériaux de conduction de la chaleur, les chercheurs ont testé de la mousse de cuivre et des nanotubes de carbone. Cette dernière option est celle qui a permis d’obtenir les meilleurs taux de réparation : 107,7% en moyenne sur l’énergie de rupture et 96,22% sur la charge maximale admissible.

Après réparation, le matériau composite a de meilleures propriétés de résistance interlaminaire qu’à l’état neuf. Les risques de futurs délaminage dans les zones réparées sont donc réduits.

« Les composites sont des matériaux très utilisés dans les avions et les satellites, pour leur légèreté et leur résistance, mais les délaminages peuvent causer des ruptures catastrophiques. Ces dommages sont non seulement difficiles à identifier, mais aussi à réparer. L’auto-cicatrisation est donc une fonction très recherchée,» a ajouté Yongjing Wang.

L’équipe va maintenant poursuivre ses recherches dans la direction de solutions plus sophistiquées pour conduire la chaleur : l’objectif est d’éviter que la charge admissible soit diminuée après réparation. En parallèle, elle cherche à développer de nouveaux mécanismes de cicatrisation, pour étendre l’auto-réparabilité à plus de matériaux, indépendamment de la taille des dommages et des conditions d’environnement.

Source et crédit photo : « Researchers find way of developing composites that self-heal at very low temperatures », Université de Birmingham, 14 septembre 2016


A propos de Magalie Castaing

Après 10 ans d’ingénierie mécanique dans le secteur de la défense, j’ai créé une entreprise de développement web : Kasutan. Le Journal du composite est l’intersection de mes différents métiers : ingénierie, langues et internet.