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Un fil tenace comme de la soie d'araignée

Prs Frédérick Gosselin et Daniel Therriault, Département de génie mécanique

Par Catherine Florès
15 février 2016 - Source : INNOVATIO

De 3 à 8 microns de diamètre mais 5 à 10 fois plus tenace que l'acier ou le Kevlar : la soie d’araignée  est un matériau exceptionnel. Imaginez tout ce qu’on pourrait fabriquer avec une fibre ayant les mêmes propriétés! Grâce aux travaux des Prs Frédérick Gosselin et Daniel Therriault, c’est désormais tout à fait envisageable.

 Les deux chercheurs parviennent en effet à produire une fibre de polymère ultra-tenace, en s’inspirant directement de la structure de la soie d'araignée.

Celle-ci doit en effet sa ténacité, c'est-à-dire sa capacité à absorber une forte quantité d'énergie avant de se rompre, à la structure moléculaire particulière de la matière protéinique dont elle est composée. La soie s'enroule sur elle-même comme un ressort, dont chaque boucle est rattachée à sa voisine par des liens sacrificiels. Ceux-ci sont des connexions chimiques qui se brisent avant que la chaîne moléculaire de la structure principale ne se rompe lorsqu’on tire sur la soie. C’est cette origine mécanique qui a suscité l'intérêt de ces deux chercheurs du Laboratoire de mécanique multi-échelles.

Leur projet consiste à fabriquer des fibres microstructurées en faisant couler un filament de solution polymérique visqueuse vers un substrat qui se déplace à une certaine vitesse. Le filament forme une série de boucles, un peu comme lorsqu'on fait tomber un filet de miel sur un toast. Selon l'instabilité déterminée dans l'écoulement du fluide, la fibre présente une géométrie particulière : elle forme des motifs périodiques réguliers (des patrons de boucles), soudés les uns aux autres par des liens sacrificiels. La fibre se solidifie ensuite avec l'évaporation du solvant.  Il faut tirer avec une forte dépense d'énergie sur une telle fibre pour parvenir à briser ses liens sacrificiels.

Les deux chercheurs pensent qu'on verra sans doute un jour des composites obtenus par tissage de fibres tenaces du même type que celle qu'ils mettent au point. De tels composites permettraient, par exemple, la fabrication d'une nouvelle enveloppe de moteurs d'avion, plus sécuritaire et plus légère, qui empêcherait la dispersion de débris en cas d'explosion. De nombreuses autres applications sont envisageables, des dispositifs chirurgicaux aux pièces de véhicules, en passant par des vêtements pare-balles.

Article publié par la revue Advanced Materials

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