La nacre des coquillages inspirent les chercheurs en science des matériaux pour développer des céramiques dix fois plus résistantes.

La nature au coeur des Fondamentales

La nature au coeur des Fondamentales

INTERVIEW – C’est en s’inspirant de la nacre des coquillages que des cher­cheurs ont conçu un maté­riau céra­mique dix fois plus résis­tant. Et la céra­mique, ce ne sont pas que des assiettes. C’est aussi le nez de la navette spa­tiale. En amont des Fondamentales du CNRS, qui ont lieu ven­dredi 10 et samedi 11 octobre à Saint-Martin‑d’Hères, retour sur ces maté­riaux bio-ins­pi­rés avec Sylvain Deville*, cher­cheur en sciences des matériaux. 

Sylvain Deville, chercheur en science des matériaux CNRS. Crédit CNRS Les fondamentales

Sylvain Deville, cher­cheur en science des maté­riaux Saint-Gobain – CNRS. © Julie Russias

Depuis dix ans, vous tra­vaillez à déve­lop­per des maté­riaux céra­miques plus per­for­mants en vous ins­pi­rant de la nature. Expliquez-nous votre tra­vail et votre démarche ?

Je tra­vaille sur les maté­riaux céra­miques et notam­ment sur les maté­riaux de struc­ture qui vont être dif­fi­ciles à casser.

Pour cela, on déve­loppe plus par­ti­cu­liè­re­ment les maté­riaux bio-ins­pi­rés, qui s’inspirent de la struc­ture des maté­riaux que l’on a dans la nature. Comme la nacre des coquillages qui a des pro­prié­tés éton­nantes décou­lant d’une archi­tec­ture vrai­ment particulière.

La nacre est faite avec du car­bo­nate de cal­cium, un maté­riau extrê­me­ment fra­gile intrin­sè­que­ment. Sur le plan méca­nique, c’est l’équivalent de la craie. En com­pa­rai­son, cas­ser de la nacre est tou­te­fois bien plus dif­fi­cile que de la craie. C’est donc par l’architecture du maté­riau que l’on gagne plu­sieurs ordres de gran­deur sur les propriétés.

Il s’a­git de bio-ins­pi­ra­tion et non de bio-mimé­tisme. La bio-ins­pi­ra­tion consiste à aller cher­cher les idées dans la nature. On va cher­cher les plantes et on essaie de les repro­duire avec nos maté­riaux techniques.

Nous cher­chons ainsi des modèles d’organisation de la matière que l’on peut repro­duire pour amé­lio­rer de manière consi­dé­rable les pro­prié­tés des maté­riaux que l’on fait. On a par exemple déve­loppé un nou­veau maté­riau céra­mique dix fois plus résis­tant, ins­piré de la nacre.

Avec quelles applications ?

Pour le grand public, la céra­mique, ce sont d’a­bord des assiettes…

La nacre des coquillages inspirent les chercheurs en science des matériaux pour développer des céramiques dix fois plus résistantes. Les fondamentales

La nacre ins­pirent les cher­cheurs pour déve­lop­per des céra­miques dix fois plus résis­tantes. DR

Mais la céra­mique existe un peu par­tout. Elle entre dans la com­po­si­tion des fenêtres trans­pa­rentes uti­li­sées pour les fours, des sup­ports de cata­lyse pour l’industrie chi­mique, des blin­dages qui résistent aux hautes températures…

Le nez de la navette spa­tiale est en céra­mique. Seule cette matière peut résis­ter aux contraintes en termes de tem­pé­ra­ture et de frot­te­ment lors de l’entrée dans l’atmosphère.

Est-il néces­saire d’inventer de nou­veaux matériaux ?

Aujourd’hui, tous les maté­riaux ont leurs défauts et leurs limites en matière d’utilisation ou de pro­prié­tés. Il y a aussi la ques­tion de l’encombrement et du dimen­sion­ne­ment. Si l’on a des maté­riaux qui ont de meilleures pro­prié­tés, on peut en mettre moins. Cela per­met d’alléger. Si l’on veut qu’une voi­ture consomme moins, une des pistes est de fabri­quer des voi­tures plus légères et à per­for­mance égale.

On doit aussi faire face à des contraintes envi­ron­ne­men­tales, notam­ment de rareté, voire de pénu­rie annon­cée, des res­sources. C’est le cas des terres rares qui entrent notam­ment dans la fabri­ca­tion des cel­lules pho­to­vol­taïques ou des télé­phones portables…

De nom­breux maté­riaux se font à par­tir de res­sources limi­tées. Les terres rares en sont un des meilleurs exemples. Nous avons donc besoin de trou­ver des alter­na­tives pour des rai­sons de res­sources, pour des ques­tions géo­po­li­tiques aussi : toutes les terres rares sont en Chine.

Les cel­lules pho­to­vol­taïques contiennent du sili­cium mais aussi beau­coup de terres rares et extrê­me­ment rares (iri­dium, scan­dium…). Aujourd’hui, les pistes les plus pro­met­teuses déve­loppent des maté­riaux qui s’affranchissent de cette res­source. Comme la pérovs­kite, un cris­tal obtenu à par­tir de maté­riaux qui existent en abondance.

Pour le grand public, ce n’est pas très impres­sion­nant car on arrive aux mêmes résul­tats en matière de pro­prié­tés et de fonc­tion­ne­ment. Mais pour ce qui est de la dis­po­ni­bi­lité des res­sources, il y a une dif­fé­rence considérable.

Patricia Cerinsek

* Sylvain Deville est cher­cheur en science des maté­riaux au labo­ra­toire de syn­thèse et fonc­tion­na­li­sa­tion des céra­miques, unité mixte de recherche Saint-Gobain – CNRS à Cavaillon. Spécialiste reconnu ayant déjà publié une cin­quan­taine d’articles et déposé huit bre­vets sur des maté­riaux inno­vants, Sylvain Deville a reçu en 2011 la pres­ti­gieuse bourse ERC Starting Grant pour son pro­jet inti­tulé « G‑FreeCo » (free­zing col­loids). En 2012, il a été décoré de la médaille de bronze du CNRS.

LES FONDAMENTALES DU CNRS : DES PLACES LIMITÉES

Vendredi 10 et samedi 11 octobre, la science vient à la ren­contre du public sur le cam­pus uni­ver­si­taire de Saint-Martin‑d’Hères. Pendant deux jours, confé­rences, débats, ate­liers sur des sujets aussi variés que la bio­lo­gie de syn­thèse, la forêt ama­zo­nienne ou l’économie cir­cu­laire pro­posent d’ouvrir les champs de la connais­sance et d’échanger.

Les places étant limi­tées, mieux vaut s’inscrire. Le thème des maté­riaux révo­lu­tion­naires affiche d’ores et déjà com­plet, tout comme les secrets de la mémoire.

A lire éga­le­ment sur Place Gre’net :

Les éner­gies vertes seraient menacées

Patricia Cerinsek

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