Un matériau qui convertit une pression linéaire en un mouvement de torsion
Des chercheurs de l'Institut Femto-ST et du Karlsruhe Institute of Technology en Allemagne, a conçu et fabriqué un matériau microstructuré en 3D dont le comportement mécanique est totalement inédit : sous l'action d'une contrainte uniaxiale, il subit un mouvement de torsion au lieu de seulement se comprimer. Ces résultats ont été publiés en couverture de la revue Science.
Dans un matériau homogène, les lois de la mécanique prédisent qu'il est impossible de transformer une force uniaxiale (qui pousse ou tire sur le matériau) en un mouvement de torsion. Des chercheurs de l'Institut Franche-Comté électronique mécanique thermique et optique – Sciences et technologies (Femto-ST, CNRS/UFC/ENSMM/UTBM) et du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont conçu des matériaux microstructurés qui permettent de contourner cette « interdiction » : ils ont la capacité inédite de se tordre quand on les soumet à une pression linéaire.
Ces « métamatériaux » sont constitués de cellules périodiques réalisées à une échelle micrométrique. La structure de la cellule de base a été optimisée par le calcul numérique. Les chercheurs ont fabriqué des échantillons de métamatériaux à l'aide d'une technique d'impression 3D : un laser à impulsions ultra-courtes déclenche la polymérisation dans un liquide photosensible uniquement au point focal, ce qui permet ainsi de «dessiner » une structure 3D que l'on obtient en éliminant le liquide restant. Des échantillons de taille millimétrique comportant de 4 à 500 cellules de base ont été fabriqués et testés. Les résultats de mesure ont révélé que l'on pouvait obtenir des torsions de plus de 2 degrés pour 1% de déformation axiale de l'échantillon. Les propriétés mécaniques du matériau peuvent être ajustées en jouant sur le nombre et la taille des cellules incluses dans un échantillon de taille fixe.
Les chercheurs veulent maintenant démontrer que ces métamatériaux mécaniques peuvent être utilisés pour contrôler des ondes élastiques. L'objectif est de réaliser une protection contre des ondes mécaniques indésirables, en créant un dispositif analogue à ceux qui ont déjà été développés, avec d'autres métamatériaux, pour rendre un objet indétectable par des ondes électromagnétiques.
Principe d'un matériau qui convertit une compression axiale en micro et macro rotation (torsion).
Références :
Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist
Tobias Frenzel, Muamer Kadic & Martin Wegener.
Science Vol. 358, Issue 6366, pp. 1072-1074
DOI: 10.1126/science.aao4640
http://science.sciencemag.org/content/358/6366/1072