Les matériaux composites
Publié le 19/03/2012
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Il n'y a rien de neuf dans l'idée de combiner des matériaux relativement différents pour réunir et même améliorer leurs qualités individuelles. Les anciens Egyptiens ajoutaient déjà de la paille à leurs briques d'argile pour améliorer leur solidité, tandis que les Incas ajoutaient des fibres végétales à leurs poteries. Aujourd'hui, les Esquimaux modifient les propriétés de la glace qu'ils utilisent pour fabriquer leurs igloos, en y incorporant de la mousse. La glace devient ainsi moins cassante et peut se façonner plus aisément....
«
à la tension.
C'est-à-dire qu'il se brisera plutôt que de
s'allonger et qu'il
ne peut supporter de lourdes charges.
Une poutre en porte-à-faux sur quelques mètres se brise
ra sous l'effet de son propre poids.
Donc, pour lui don
ner cette résistance à la tension qui lui fait défaut,
les
constructeurs renforcent le béton par des tiges d'acier ou
un réseau de mailles d'acier.
En adoptant cette techni-
Ci-dessus: Faisceaux de fibres de verre (en blanc) et de fibres de carbone (en noir) .
Les usines de fibres de verre se concentrent aujourd'hui sur la laine de verre et la production de filaments continus.
que, les entrepreneurs en construction ont pu produire
une variété de formes et de structures nouvelles.
D'autre
part,
les ponts et les immeubles ainsi construits sont
beaucoup plus sûrs et plus durables .
La technologie des composites modernes
se concentre ac
tuellement sur la mise au point de différents types de
fi
bres spéciales permettant d'améliorer la résistance à la
tension des matériaux de construction.
Qui
ne connaît
aujourd'hui
les fibres de verre, ces matières plastiques
renforcées précisément de fibres de verre, qui leur don
nent plus de rigidité et de résistance? Ce matériau fut mis
au point dans
les années quarante, et on l'utilise mainte
nant dans
la fabrication des carrosseries d'automobiles,
des coques de navires, des bassins de natation et des bai
gnoires.
Des fibres plus étranges encore font actuelle
ment leur apparition en offrant
des matériaux de
construction renforcés toujours plus intéressants dans
une large gamme.
Par exemple, des filaments ultra-fins
ont été étirés au départ de substances telles que
le tungstè
ne,
le carbone, le bore et le béryllium, le plus rigide de
tous
les métaux.
Des fibres de bore ont été obtenues par
le dépôt d'une
couche de
ce métal sur un mince fil de tungstène .
Leurs toutes premières applications ont porté sur
le ren
forcement des pales de rotor des hélicoptères, qui nécessi
tent une plus grande rigidité pour être aussi longues que
possibles et assurer ainsi une portance maximale.
Les
fi
bres de carbone sont produites à partir de filaments orga
niques continus tels que la rayonne .
Lorsque
ces fibres sont
chauffées, on peut
les carboniser pour obtenir un fi
lament continu de graphite.
Au milieu des années soixan
te,
les équipes de recherches de RoUs Royce établirent
que
l'on pouvait faire une grande économie de poids en
utilisant un matériau renforcé par
des fibres de carbone
et connu sous
le nom de Hyfil pour la construction de
certains composants des moteurs d'aéronautique.
Outre
Ci-dessus : Whiskers d'oxyde d'aluminium (saphir) construit dans un la boratoire et photographiés avec un grossissement de 60.
Ils peuvent supporter des contraintes allant jusque 230 tonnes par centimètre carré.
ces gains de poids, un des grands avantages tient à la pos
sibilité de former très facilement des composants de gran
de qualité pouvant souvent être moulés en une seule piè
ce.
L'innovation la plus prometteuse de ces dernières an
nées fut l'utilisation à
des fins de renforcement, de fibres
minuscules qui
se forment à la surface des cristaux.
Ces
'whiskers' ou moustaches sont incroyablement résistants
et pourraient déboucher sur de nouveaux supermatériaux
conservant leur résistance mécanique, même lorsqu'ils
sont chauffés à blanc.
Le secret de la résistance de ces
whiskers extrêmement fins tient à leur structure cristalli
ne presque parfaite.
Ces 'moustaches' ne comportent en
principe aucun point faible.
En 1968, des savants soviétiques mirent au point un min
ce whisker de tungstène sans défaut, qui pouvait suppor
ter une charge de
250 tonnes par centimètre carré.
En
Amérique, un whisker de saphir (oxyde d'aluminium) a
été produit qui était encore plus résistant.
La technique
nécessaire pour combiner
ces whiskers aux matériaux
qu'ils sont appelés à renforcer n'en est encore
qu'à ses
débuts.
Les possibilités les plus passionnantes seraient
d'obtenir la formation de whiskers, par exemple dans un
alliage de deux métaux, lorsque cet alliage
se solidifie à
partir de son état de fusion.
Les premières applications
des matériaux renforcés par
des whiskers trouveront pla
ce dans l'industrie aérospatiale où des résistances mécani
ques ainsi que
des résistances thermiques extrêmes assu
rées par des matériaux légers permettront de développer
des conceptions radicalement nouvelles..
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