Concevoir un métal très résistant est une chose. Lui permettre de se déformer sans se briser en est une autre. Des chercheurs de l’université Purdue ont réussi à rapprocher ces deux qualités dans un matériau à base de cobalt et d’aluminium, jusqu’à dix fois plus résistant que certains aciers de construction.
Le composé étudié, appelé CoAl, appartient à la famille des intermétalliques. Ses atomes sont rangés dans une structure très ordonnée, ce qui lui donne une grande résistance et une bonne tenue à haute température. Pourtant, cette organisation le rend aussi fragile : sous une forte contrainte, il peut casser avant de se déformer.
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Cette faiblesse limite son emploi dans des pièces soumises à des conditions extrêmes, comme les turbines d’avion. Ces composants doivent supporter chaleur, vibrations et forces considérables pendant de longues périodes. Un matériau capable de rester solide tout en absorbant une partie des chocs présenterait donc un intérêt majeur.
Pour y parvenir, l’équipe n’a pas cherché à supprimer tous les défauts du matériau. Elle a au contraire introduit volontairement des dislocations, de minuscules irrégularités dans l’empilement des atomes. Dans un métal, elles permettent aux couches atomiques de glisser les unes sur les autres plutôt que de provoquer une rupture brutale.
Les chercheurs ont aussi créé de très fines interfaces amorphes, c’est-à-dire des zones où les atomes ne suivent plus l’ordre cristallin habituel. Sous l’effet de la compression, ces frontières deviennent actives et favorisent l’apparition de nouvelles dislocations. Le matériau trouve ainsi davantage de façons de se déformer.
Les essais ont révélé une limite d’élasticité supérieure à 6 GPa, contre environ 0.6 à 1 GPa pour des aciers structurels très résistants. En parallèle, le nanolaminé a supporté plus de 15 % de déformation plastique en compression à température ambiante, sans rupture immédiate.
Le matériau actuel est une structure en couches nanométriques obtenue par dépôt en phase vapeur, et non une pièce massive prête à être industrialisée. Le passage à une production plus grande constitue désormais l’un des principaux objectifs.
L’intérêt de l’étude dépasse toutefois le seul cobalt-aluminium. Si cette méthode fonctionne avec d’autres intermétalliques, elle pourrait ouvrir une voie pour concevoir des matériaux mieux adaptés à l’aéronautique, à l’énergie ou à l’exploration spatiale, là où les métaux classiques atteignent leurs limites.