La promesse des matériaux avancés

Les matériaux de demain sont à l’origine d’une révolution de produits à l’échelle la plus petite, bien au-delà de ce que nos yeux peuvent percevoir au microscope optique. Ce que ces matériaux sont capables d’accomplir ne se limite plus à une simple « découverte », comme cela était le cas par le passé, par exemple lorsque la résistance d’une planche en chêne d’un navire était mise à l’épreuve jusqu’à sa rupture.

Au lieu de cela, les scientifiques de TE et leurs partenaires inventent des matériaux dits « non naturels ». Grâce aux avancées de la nanotechnologie, de la modélisation informatique, de l’informatique des matériaux pilotée par l’IA et des conceptions inspirées par la nature, les ingénieurs sont capables d’influer sur les propriétés et caractéristiques d’un produit comme jamais auparavant – ce qui aurait semblé magique il n’y a pas si longtemps.

Nous avons atteint un niveau de maîtrise des matériaux tel, que nous pouvons programmer, à l’échelle moléculaire, des fonctionnalités et des caractéristiques dans des objets qui semblent inanimés pour répondre à nos besoins.

TE conçoit des composants et sous-systèmes de haute technicité pour toutes sortes d’applications, même les plus extrêmes : du lave-vaisselle de votre cuisine à votre nouveau véhicule électrique, en passant par le corps humain ou un centre de données accessible par satellite. Les matériaux jouent donc un rôle essentiel chez TE, car ils nous permettent d’améliorer la durabilité de notre planète, d’imiter l’ingéniosité de la nature et de changer le visage de la fabrication.

Les entreprises qui saisissent le potentiel de croissance exponentielle des matériaux avancés peuvent se lancer dans la conception et la fabrication de produits innovants, ce qui leur permettra de se démarquer face à la concurrence. Pour mieux appréhender les possibilités offertes par ces matériaux novateurs, il convient d’examiner trois domaines d’innovation.

Presque tous les êtres vivants ont besoin d’oxygène et presque toutes les activités de fabrication produisent des gaz à effet de serre. Face à cette réalité, nous devons trouver une solution pour réduire les émissions de CO2 tout en continuant à produire les biens dont le monde a besoin. Malheureusement, le recyclage seul ne suffira pas, car ces matériaux sont généralement plus difficiles à trouver, coûtent plus cher et doivent subir un retraitement rigoureux. En outre, nous devons prendre en compte l’ensemble du cycle de vie des matériaux, et pas seulement une phase.

Pour trouver des solutions innovantes à nos problèmes environnementaux, nous devons envisager de façon créative de nouveaux matériaux issus d’ingrédients renouvelables, spécifiques et dérivés de la biomasse. Un exemple intéressant est le shrilk, qui se compose principalement de chitine – la substance qui donne aux insectes et aux crustacés leur carapace rigide. La chitine étant l’une des matières organiques les plus abondantes sur Terre, elle peut être transformée en un plastique appelé chitosane. Lorsque vous combinez le chitosane avec une protéine de soie naturelle appelée fibroïne, vous obtenez alors un matériau stratifié bien plus résistant que l’aluminium.

Les fabricants peuvent réduire leur dépendance vis-à-vis des matériaux issus du pétrole en recourant au recyclage. Cela consiste à ajouter de nouveaux ingrédients à des matériaux usagés afin de les transformer en quelque chose d’encore plus précieux. Par exemple, chaque année, 10 milliards de bouteilles d’eau sont produites. Si on dépolymérise ces bouteilles (c’est-à-dire que nous les décomposions en monomères basiques), il est possible d’ajouter de nouveaux composants et de repolymériser (c’est-à-dire lier à nouveau tous les monomères de base) la nouvelle recette pour créer un produit unique. Les possibilités sont infinies : ces bouteilles plastiques recyclables peuvent être transformées en housses d’oreillers ou encore en connecteurs haute vitesse destinés aux centres de données.

Nous nous attendons à voir l’émergence de matériaux « intelligents » qui offrent un niveau de fonctionnalité supérieur. Ces matériaux intelligents sont capables de reconnaître les stimuli externes tels que la température, la contrainte ou le courant électrique et réagissent en conséquence par un changement de forme, de couleur ou d’autres propriétés.

Prenons un matériau aussi répandu que le béton. Malgré sa résistance et sa polyvalence, le béton se fissure au fil du temps et nécessite des entretiens réguliers pour préserver son intégrité. Des scientifiques ont désormais créé un nouveau type de bétons intelligents qui peut se réparer grâce à des bactéries intégrées. Lorsque ces dernières rencontrent de l’eau, elles produisent une substance similaire à la pierre calcaire qui remplit les fissures.

La nature s’avère être une bonne source d’inspiration pour les matériaux intelligents. Après tout, la nature a développé sa propre gamme de brevets au cours de millions d’années d’évolution.

Par exemple, la surface de l’aile d’une libellule est une surface comportant des pointes incroyablement fines lorsqu’on l’observe au microscope. Si une bactérie s’y pose, les barbelures de l’aile de la libellule brisent et tuent le micro-organisme envahisseur.

Sur la base de ce modèle, TE développe des surfaces matérielles mécanobactéricides qui utilisent des barbelures similaires pour tuer les bactéries au contact. Pensez à la poignée d’un chariot ou à une rampe mécanique dans un aéroport : recouverte par du plastique antibactérien, elle est rendue stérile en permanence grâce à une telle conception. Ces surfaces peuvent constituer une nouvelle arme contre les infections liés aux produits médicaux et alimentaires.

L’impression 3D a déjà révolutionné les processus de fabrication et d’ingénierie, mais les progrès récents dans le domaine des matériaux d’impression 3D offriront encore plus de possibilités innovantes. Par exemple, de nouveaux matériaux d’impression 3D de haute qualité peuvent résister à des températures très élevées allant jusqu’à 850 °C. Cela offre la possibilité de produire une plus grande variété de produits sur demande, ce qui augmente la flexibilité et la rentabilité des processus manufacturiers lorsque les coûts sont élevés.

De plus, les produits peuvent être fabriqués plus rapidement et avec une nouvelle liberté de conception. Il est beaucoup plus rapide d’imprimer quelque chose à partir de votre écran d’ordinateur que de fraiser un moule à partir d’un bloc solide d’acier trempé.

La nouvelle ingénierie des matériaux va accélérer l’adoption de l’impression 3D et, à terme, permettre une nouvelle ère de production flexible et de personnalisation de masse. Les matériaux vont alors pouvoir s’accorder avec les conceptions. Les concepteurs de produits s’inspireront de la nature en intégrant des surfaces courbées et des formes topologiques subtiles, éprouvées par l’évolution pour optimiser les échanges thermiques. Une fois que nous serons capables de concevoir et de fabriquer comme le font les êtres vivants, nous atteindrons un tout autre stade. L’impression 3D associée à l’utilisation de matières innovantes est le moyen d’y parvenir.

L’histoire des êtres humains et celle des matériaux sont intimement liées. Jusqu’à récemment, nous avons exploré les propriétés des matériaux naturels en les utilisant pour fabriquer divers objets. Que ce soit les maisons rondes de l’âge du fer, le toit de chaume capable d’affronter un hiver européen pluvieux ou encore la découverte fortuite du béton par les Romains qui a permis la construction de vastes viaducs toujours admirables aujourd’hui, notre histoire est jalonnée d’innovations et d’explorations. À l’heure actuelle, nous imaginons des cas d’utilisation et concevons des matériaux pour les prendre en charge. Notre compréhension du monde matériel et notre capacité à le manipuler sont en croissance exponentielle. Et cela fera toute la différence. TE a pour ambition de façonner l’avenir et de le réaliser grâce à l’impression 3D en appliquant la grande science aux problèmes les plus complexes, afin de remodeler notre monde à petite échelle.