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Posté par Redbran le Lundi 09/04/2018 à 12:00
Un matériau qui convertit une pression linéaire en un mouvement de torsion
Des chercheurs de l'Institut Femto-ST et du Karlsruhe Institute of Technology en Allemagne, a conçu et fabriqué un matériau microstructuré en 3D dont le comportement mécanique est totalement inédit: sous l'action d'une contrainte uniaxiale, il subit un mouvement de torsion (La torsion est la déformation subie par un corps soumis à l'action de deux couples opposés agissant dans des plans parallèles.) au lieu de seulement se comprimer. Ces résultats ont été publiés en couverture de la revue Science.


© Tobias Frenzel
Principe d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) qui convertit une compression axiale en micro et macro rotation (torsion).

Dans un matériau homogène, les lois de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...) prédisent qu'il est impossible de transformer une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) »...) uniaxiale (qui pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) ou tire sur le matériau) en un mouvement de torsion. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Franche-Comté électronique mécanique thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des...) et optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) ? Sciences et technologies (Femto-ST, CNRS/UFC/ENSMM/UTBM) et du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont conçu des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) microstructurés qui permettent de contourner cette "interdiction": ils ont la capacité inédite de se tordre quand on les soumet à une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) linéaire.

Ces "métamatériaux" sont constitués de cellules périodiques réalisées à une échelle micrométrique. La structure de la cellule de base a été optimisée par le calcul numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information...). Les chercheurs ont fabriqué des échantillons de métamatériaux à l'aide d'une technique d'impression 3D: un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...) à impulsions ultra-courtes déclenche la polymérisation dans un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) photosensible uniquement au point (Graphie) focal, ce qui permet ainsi de "dessiner" une structure 3D que l'on obtient en éliminant le liquide restant. Des échantillons de taille millimétrique comportant de 4 à 500 cellules de base ont été fabriqués et testés. Les résultats de mesure ont révélé que l'on pouvait obtenir des torsions de plus de 2 degrés pour 1% de déformation axiale de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :). Les propriétés mécaniques du matériau peuvent être ajustées en jouant sur le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) et la taille des cellules incluses dans un échantillon de taille fixe.

Les chercheurs veulent maintenant démontrer que ces métamatériaux mécaniques peuvent être utilisés pour contrôler des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) élastiques. L'objectif est de réaliser une protection contre des ondes mécaniques indésirables, en créant un dispositif analogue à ceux qui ont déjà été développés, avec d'autres métamatériaux, pour rendre un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné...) indétectable par des ondes électromagnétiques.

Références publication:
Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist
Tobias Frenzel, Muamer Kadic & Martin Wegener.
Science Vol. 358, Issue 6366, pp. 1072-1074
DOI: 10.1126/science.aao4640
http://science.sciencemag.org/content/358/6366/1072

Contact chercheur:
Muamer Kadic - Femto-ST

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Source: CNRS-INSIS
 
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