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Une équipe de chercheurs est parvenue à combiner de l'ADN et du verre pour créer un matériau à la fois plus solide et léger que l'acier, surpassant tous les alliages existants jusqu'à présent. Une révolution pour les véhicules électriques et les exosquelettes ?
Et si les matériaux utilisés aujourd'hui devenaient complètement obsolètes, remplacés dans le futur par de nouveaux alliages créés par les scientifiques offrant des propriétés beaucoup plus avantageuses ?
Des matières à la fois solides et légères seraient idéales, mais ces qualités s'excluent généralement mutuellement.
Toutefois, tout pourrait changer grâce à une équipe de chercheurs de l'Université du Connecticut. Ils viennent de parvenir à créer un matériau à la fois léger et hautement résistant au potentiel révolutionnaire.
Une structure d'ADN recouverte de verre
Pour parvenir à cette prouesse, ils ont adopté une approche très surprenante. Les scientifiques ont structuré de l'ADN, avant de le recouvrir de verre !
L'usage du verre peut sembler intrigant, car il peut se briser facilement. Toutefois, ce phénomène survient généralement à cause d'une faille dans sa structure comme une fissure, une rayure ou des atomes manquants.
Au contraire, un centimètre cube de verre sans faille peut supporter 10 tonnes de pression. C'est plus de trois fois la pression qui a fait imploser le sous-marin Oceangate Titan près de l'épave du Titanic.
Créer une large pièce de verre sans aucune faille est très difficile, mais un morceau de moins d'un micromètre d'épaisseur est presque toujours sans faille. Et comme la densité du verre est nettement inférieure à celle des métaux et de la céramique, toute structure composée de verre sans faille de taille nanoscopique est solide et légère.
L'équipe de chercheurs a donc créé une structure d'ADN s'assemblant seule. Les morceaux d'ADN de taille et composition spécifiques se sont assemblés tels des aimants pour former le squelette du matériau.
Ils l'ont ensuite recouvert d'une très fine couche de verre épaisse d'à peine quelques centaines d'atomes. Seuls les brins d'ADN ont été couverts, laissant une large part du volume du matériau comme espace vide.
Ce squelette d'ADN a permis de renforcer le manteau de verre pour rendre le matériau extrêmement solide, et les vides constituant la majeure partie du volume l'ont rendu léger.
Quatre fois plus solide et cinq fois moins dense que l'acier
Le produit qui en résulte, caractérisé par sa structure « nano-lattice », combine solidité et faible densité. Il est quatre fois plus solide et cinq fois moins dense que l'acier.
Selon le chercheur Seok-Woo Lee qui a dirigé le projet, « notre matériau est le plus solide connu à l'heure actuelle pour sa densité ».
En effet, la solidité est relative. Par exemple, le fer peut supporter 7 tonnes de pression par centimètre carré. Il est toutefois très dense et lourd, avec un poids de 7,8 grammes par centimètre cube.
D'autres métaux comme le titane sont plus solides et plus légers. Et certains alliages combinant de multiples éléments sont encore plus solides.
Au cours des dernières années, les matériaux solides et légers ont permis de créer des exosquelettes plus légers, de meilleurs appareils médicaux, ou encore des voitures et des avions plus sûrs.
Pour étendre la portée d'une voiture électrique, par exemple, la solution la plus simple n'est pas d'élargir sa batterie, mais de rendre le véhicule plus léger sans sacrifier sa sécurité et sa durée de vie.
Cependant, les techniques métallurgiques traditionnelles ont atteint leur limite depuis plusieurs années. Les scientifiques doivent donc redoubler d'inventivité pour créer de nouvelles matières encore plus solides et légères.
Le futur des véhicules électriques et exosquelettes ?
Ainsi, les caractéristiques exceptionnelles de ce nouveau matériau le rendent potentiellement très utile pour une large variété d'applications, dont la fabrication de véhicules et les exosquelettes.
Ils permettront d'économiser de l'énergie pour les véhicules et autres appareils dont la solidité est une priorité. Les scientifiques sont convaincus que cette nanoarchitecture basée sur l'ADN va ouvrir la voie vers de nouveaux matériaux encore plus solides et légers inimaginables auparavant…
Comme le confesse Seok-Woo Lee, « j'ai toujours été fan des films Iron Man, et je me demandais comment lui créer une meilleure armure. Ce doit être très léger pour qu'il puisse voler plus vite, et solide pour le protéger des attaques ennemies ». Ce nouveau matériau serait idéal.
De nombreux travaux seront néanmoins nécessaires avant de pouvoir appliquer cette innovation. L'équipe tente actuellement de garder la même structure ADN en remplaçant le verre par une céramique au carbure encore plus solide.
Elle prévoit également d'essayer différentes structures ADN pour découvrir laquelle est la plus solide.
Pour en savoir plus sur cette étonnante invention des scientifiques de l'UConn, de la Columbia University et du Brookhaven National Lab, vous pouvez consulter les détails publiés dans le journal Cell Reports Physical Science.
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