De minuscules fibres qui se comportent comme du velcro ouvrent la voie à une nouvelle génération de véhicules légers.
Vous avez peut-être entendu parler de vélos de route en plastique renforcé de fibres ou en carbone. Ils sont super légers par rapport aux vélos en métal, mais se décomposent relativement rapidement. De nouvelles fibres minuscules qui fonctionnent comme une sorte de velcro offrent la solution, nous l'avons découvert à l'Université de Gand. Nous appelons ces minuscules fibres des nanofibres. Les nanofibres sont fabriquées à partir de plastiques élastiques tels que le caoutchouc ou le nylon et sont des milliers de fois plus fines qu'un cheveu humain. Ils rendent les plastiques renforcés de fibres plus résistants aux dommages, et donc plus durables, sans les alourdir.
Mais le plus grand avantage est probablement son applicabilité immédiate dans l'industrie. Pour ajouter des nanofibres aux plastiques renforcés de fibres, il n'est pratiquement pas nécessaire d'adapter les processus de production actuels. Une nouvelle génération de véhicules renforcés de fibres est donc à portée de main.
Les nanofibres sont des milliers de fois plus fines que les cheveux humains. Pourtant, ils sont précieux pour optimiser les plastiques renforcés de fibres
Les plastiques renforcés de fibres ne sont pas nouveaux et peuvent déjà être trouvés dans des applications où un faible poids est nécessaire, comme dans les avions, les vélos de course et les éoliennes. Chaque gramme économisé lors de sa construction garantit un produit final plus économe en énergie. Bien que la génération actuelle de plastiques renforcés de fibres soit déjà très légère et solide, ils s'abîment assez rapidement. Des contrôles réguliers sont donc nécessaires pour éviter les fissures. Même une petite déchirure peut imperceptiblement réduire de moitié la résistance du matériau.
Nanovelcro "en action" lors d'un test de déchirure. Les fils fins entre la fissure sont des nanofibres. Comme le velcro, ils augmentent la résistance du matériau et rendent plus difficile la croissance d'une déchirure.
Les plastiques renforcés de fibres d'aujourd'hui sont constitués de plusieurs couches empilées les unes sur les autres. Une couche est constituée de fibres solides telles que des fibres de verre ou de carbone incorporées dans un plastique. C'est là que réside la force du matériau. En faisant varier le nombre de couches et leur orientation, les applications les plus diverses peuvent être conçues. Mais la structure en couches est également une faiblesse, car les couches peuvent se déchirer. Les nanofibres offrent une solution à ce problème.
En appliquant des nanofibres entre les différentes couches des plastiques renforcés de fibres, les couches se séparent moins rapidement. Les nanofibres sont si fines et si nombreuses qu'elles maintiennent fermement les couches ensemble et rendent difficile le développement de fissures. Cet effet rappelle le velcro, qui nécessite beaucoup d'énergie pour séparer les couches.
L'un des plus grands défis de nos recherches a été d'appliquer les bonnes nanofibres au bon endroit et dans les bonnes proportions. Nous avons littéralement filé des kilomètres de nanofibres, puis déterminé expérimentalement quelle composition donnait les meilleurs résultats. Une percée majeure a eu lieu lorsque nous avons filmé nos expériences avec un microscope. Pour la première fois, nous avons enregistré "l'effet nanovelcro" lors d'un test de déchirure. Filmer ces tests était crucial pour comprendre le comportement des nanofibres dans un plastique renforcé de fibres. Les images ont montré quelles nanofibres absorbaient le plus d'énergie et conduiraient donc à la plus grande résistance aux dommages.
Lode Daelemans (sciences de l'ingénieur, UGent) a été nominé pour la Flemish PhD Cup 2018 pour ses recherches sur les nanofibres. Vous pouvez voter ICI.
