Une nacre artificielle 10 fois plus tenace qu'une céramique classique

Traditionnelles ou de haute technologie, les céramiques présentent un même défaut, leur fragilité. C'est la raison pour laquelle on les combine parfois avec d'autres matériaux - métalliques, polymères - plus tenaces, autrement dit plus aptes à résister à la rupture en présence d'une fissure. Le problème est que l'adjonction de tels matériaux s'accompagne en général de limitations plus ou moins sévères. Rappelons ainsi que les polymères ne résistent pas à des températures supérieures à 300° C, ce qui limite leur utilisation dans les moteurs ou les fours. Les chercheurs se sont donc tournés vers la nature où il existe un matériau, non seulement proche de la céramique, mais qui est aussi extrêmement tenace. Il s'agit de la nacre que l'on trouve à la surface des ormeaux et autres bivalves. Pourtant, celle-ci est composé à 95% de carbonate de calcium, l'aragonite, qui est intrinsèquement fragile. Mais par chance, la structure complexe et hiérarchique de la nacre est telle que la propagation de fissures y est rendue très difficile.

Aussi une équipe de chercheurs, menée par le Laboratoire de Synthèse et de Fonctionnalisation des Céramiques (CNRS/Saint-Gobain), en collaboration avec le Laboratoire de Géologie de Lyon "Terre, Planètes et Environnement" (CNRS/ENS Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) et le Laboratoire Matériaux "Ingénierie et Science (CNRS/INSA Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1), s'en est inspirée pour concevoir un nouveau matériau dix fois plus tenace qu'une céramique classique. Les résultats de ces travaux ont été publiés le 23 mars denier sur le site Internet de la revue Nature Materials.

Comme ingrédient de base, ces chercheurs ont opté pour l'alumine, une poudre céramique courante qui se présente sous la forme de plaquettes microscopiques, qu'ils ont mis en suspension dans l'eau pour obtenir la structure lamellée de la nacre. Précisons que cette suspension colloïdale, c'est-à-dire où la faible taille des particules ne conduit pas à leur sédimentation sous l'influence de la gravité, a été refroidie de façon à obtenir une croissance contrôlée de cristaux de glace. Résultat, un auto-assemblage de l'alumine sous la forme d'un empilement de plaquettes, le matériau final ayant été obtenu par le biais d'une étape de densification à haute température. Dans ce matériau, une fissure, pour se propager, doit contourner une à une les briques d'alumine, ce qui explique que cette nacre artificielle soit dix fois plus tenace qu'une céramique classique composée d'alumine. Ajoutons que ce procédé est d'autant plus intéressant qu'il n'est pas exclusif à l'alumine, n'importe quelle poudre céramique se présentant sous la forme de plaquettes, pouvant subir le même processus d'auo-assemblage. Reste à présent à industrialiser la fabrication de ce matériau qui devrait trouver de nombreuses applications dans l'industrie, permettant ainsi d'alléger ou de réduire en taille des éléments céramiques des moteurs ou des dispositifs de génération d'énergie.