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Qu’est-ce qu’un matériau intelligent ?

Introduction

On entend de plus en plus parler de nouvelles expériences réalisées avec l’impression 4D. La technologie d’impression 4D utilise le même procédé que l’impression 3D. La différence entre ces deux techniques de fabrication est le matériel utilisé. L’impression 4D utilise ce que l’on appelle des “matériaux intelligents”. Si l’impression 3D est déjà en train de complètement transformer le monde industriel, l’impression 4D pourrait elle-aussi faire sa petite révolution. En effet, ce processus pourrait permettre de créer plus que des structures statiques. 

Commençons à parler de ces matériaux intelligents. De quoi parlons-nous quand on dit “matériaux intelligents” ? Découvrez tout ce que vous devez savoir sur eux dans cet article ! 

Qu’est-ce qu’un matériau intelligent ?

Définition des matériaux intelligents

Les matériaux intelligents sont des matériaux qui réagissent aux stimulations externes en changeant une ou plusieurs de leurs propriétés. Nous pourrions également les appeler matériaux réactifs. Ces objets ont la capacité de changer de forme ou de comportement dès qu’ils rentrent en contact avec de l’eau chaude, un changement de pression, des produits chimiques, de la lumière ou de la chaleur.
Differences between 3D printing and 4D printing procedures. Diagram by Jean-Claude André | Scientific Advisor at INSIS
Différences entre les procédures d’impression 3D et 4D. Diagramme par Jean-Claude André | Scientifique à l’INSIS Ces objets intelligents pourraient même s’assembler tout seul quand vous les touchez. Lorsqu’un tel objet reçoit le bon stimulus il peut se transformer en une nouvelle forme. 

Matériaux bio-inspirés : le potentiel de la cellulose

Des chercheurs de l’Université de Bristol et de l’Université de Bath travaillent au développement d’objets bio-inspirés. Ils se sont par exemple inspirés du comportement d’une pomme de pin. Dans l’eau, les pommes de pin ont tendance à se rétracter. Pour cette expérience, les chercheurs ont choisi d’utiliser de la cellulose. La cellulose est un matériau très absorbant et c’est aussi le polymère organique le plus abondant sur Terre. Ils ont utilisé ce matériau capable de se refermer de la même façon qu’une pomme de pin, pour créer une encre. Cette encre se compose d’hydrogel, de particules d’argile et de pulpe de cellulose. Cette expérience a conduit à la création d’un matériau intelligent, capable de réagir aux stimuli.
https://3dprintingindustry.com/news/uk-research-collaborative-uncovers-4d-printed-potential-of-cellulose-139735/ https://3dprintingindustry.com/news/uk-research-collaborative-uncovers-4d-printed-potential-of-cellulose-139735/   S’inspirer de la nature n’est pas nouveau en science. On appelle ça du biomimétisme. Cette technique de recherche nous aide à développer de nouveaux matériaux et à ouvrir de nouvelles possibilités de production. Nous observons la nature, sélectionnons ce qu’elle fait le mieux et apprenons à le reproduire et à l’utiliser à notre avantage. Pour plus d’informations sur le biomimétisme, n’hésitez pas à consulter notre dernier article de blog à ce sujet !

Polymères à mémoire de forme

Un polymère à mémoire de forme est un matériau intelligent pouvant se déformer ou retrouver un état initial prédéfini en réponse à des stimuli environnementaux. Ces stimulis peuvent être de différentes natures : chaleur, lumière, électricité ou humidité par exemple.   Voici une vidéo montrant les polymères à mémoire de forme :
These shape memory polymers are made using projection microstereolithography.

Quelles applications pour les matériaux intelligents dans l'impression 4D ?

Un usage médical

La technologie 3D bouleverse déjà l’industrie médicale, notamment avec la bio-impression.  Quel pourrait être le rôle de l’impression 4D dans l’amélioration des soins de santé ? Les polymères à mémoire de forme pourraient par exemple être insérés à dans l’organisme et réagir aux changements de ce dernier (à la chaleur par exemple). Cela pourrait permettre de créer des antibiotiques qui se libèrent selon un schéma prédéfini, en réponse aux changements de température du corps.

Améliorez les équipements pour la production d’énergie

Une autre utilisation possible des matériaux à mémoire de forme serait de les utiliser sur des panneaux solaires comme des capteurs pour détecter l’origine des rayons. De cette façon, les panneaux solaires pourraient détecter le meilleur angle et se tourner automatiquement vers le Soleil. Combiné à la robotique, il pourrait permettre de créer des panneaux solaires totalement optimisés pour produire un maximum d’énergie solaire.

Utiliser des matériaux intelligents dans la construction

La combinaison de matériaux de construction traditionnels avec des matériaux intelligents pourrait être une excellente solution pour obtenir des structures capables de croître, de se réparer elles-mêmes ou de s’adapter assez rapidement à leur environnement. C’est précisément ce que le DARPA’s Engineered Living Materials (ELM) recherche : utiliser des biomatériaux vivants dans l’architecture et la construction !

Une utilisation dans l’aéronautique ou l’automobile

Airbus commence à utiliser des matériaux intelligents développé dans le cadre de l’impression 4D. Un des matériaux réagit à la température et permet de refroidir les réacteurs. L’autre compose un prototype d’aile qui se transforme en fonction des conditions aérodynamiques pour diminuer la résistance de l’air. L’adaptation automatique des équipements aux conditions extérieures pourrait être un atout majeur pour de nombreuses industries différentes.

Nous espérons que cet article vous a aidé à mieux comprendre ce que représentent les matériaux intelligents, l’impression 4D et la façon dont cette technologie pourrait être utile à l’avenir. Évidemment, il y a encore beaucoup à faire pour rendre cette technologie pleinement fonctionnelle, mais les chercheurs semblent bien décidés à développer tout son potentiel. Les premiers tests et développements de matériaux intelligents sont prometteurs !

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