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Matériaux Biomimétiques Hiérarchiques obtenus par Congélation – NACRE

Résumé de soumission

Le design de matériaux et systèmes biomimétiques a ces dernières années - été l'objet d'attentions accrues. Les structures, propriétés et fonctions - rencontrées dans la nature sont de plus en plus attractives pour des - applications non-biologiques : contrôle des structures à de nombreuses - échelles, adaptation à l'environnement, conditions douces d'élaboration, - utilisation de matériaux biodégradables, capacité à l'autoréparation, etc... - Le champ des fonctions résultantes de ces procédés d'élaboration naturels - est extrêmement large : mécaniques, structurales, optiques, chimiques - (conversion d'énergie), transport. Les solutions naturelles sont la résultante - de millions d'années d'évolution, et peuvent à ce titre être considérées - comme optimales pour les fonctions visées. La nacre est un cas d'école - pour le design biomimétique. Son architecture hiérarchique unique - représente l'optimum pour compenser les faiblesses intrinsèques des - matériaux. Aucun matériau synthétique ne présente une telle hiérarchie - structurale, et pourtant le message de la nature est clair l'association de - mécanismes présents à de nombreuses échelles permettra seule - l'obtention de nouveaux matériaux hybrides aux propriétés fonctionnelles - uniques. L'obstacle majeur au développement de systèmes biomimétiques - est l'absence de procédés d'élaboration pour implémenter les designs - biomimétiques. Le procédé que nous présentons pour élaborer des - matériaux biomimétiques hiérarchiques est un procédé d'auto-assemblage, - inspiré par un phénomène naturel, la congélation de l'eau de mer, où les - diverses impuretés sont rejetées par les cristaux de glace et emprisonnées - entre les canaux présents entre ces cristaux lamellaires. Remplaçant les - impuretés par des poudres céramiques, nous utilisons cette ségrégation - naturelle, tout en utilisant la glace comme agent structurant. La congélation - contrôlée de barbotines céramiques produit deux réseaux interpénétrés de - glace et de particules. Après sublimation et frittage, un squelette à - l'architecture complexe et souvent anisotropique est obtenu. Les matériaux - ainsi obtenus présentent de nombreuses similarités structurales avec la - nacre, notamment du point de vue hiérarchique. Cette hiérarchie peut alors - être mise à profit soit pour optimiser une fonctionnalité (résistance - mécanique), soit pour introduire une multifonctionnalité, où chacune des - fonctions est associée à un degré de hiérarchie. Les résultats préliminaires - ont révélé des améliorations spectaculaires des propriétés de structure - (augmentation de 400% de la contrainte en compression). Nous croyons - que par ce procédé de congélation, il est possible de contrôler et optimiser - les propriétés fonctionnelles des matériaux pour un grand nombre - d'applications. Ce projet est centré sur le contrôle, le développement et - l'évaluation du procédé de congélation pour élaborer des matériaux - biomimétiques hiérarchiques, présentant des propriétés supérieures, et sur - la caractérisation des matériaux résultants. Une approche multi-échelle est - nécessaire pour appréhender les mécanismes ayant lieu à de nombreuses - échelles dimensionnelles. En particulier, le coeur du procédé l'interaction - entre le font de solidification et les particules céramiques sera caractérisé - in situ et ex situ, ce qui n'a encore jamais été réalisé. Le savoir dérivé de - ces expériences sera bénéfique pour d'autres domaines concernés par la - croissance cristalline, d'un point de vue scientifique (aspects - phénoménologiques) comme technique, avec le développement de - techniques innovantes de microscopies électronique et atomique (y compris - cryogénique) et de tomographie. Des conséquences peuvent donc être - attendues pour des applications allant de la microélectronique à - l'élaboration des métaux et la cryopréservation de matériaux biologiques. - La caractérisation tridimensionnelle des matériaux et systèmes, recoupant - toutes les échelles dimensionnelles, est particulièrement innovante...

Coordination du projet

Christian GUIZARD (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 350 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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