Matériaux

DÉCOUVERTES : MATÉRIAUX

  • Inventions : Matériaux // Photo: © David Trood / gettyimages.de Inventions : Matériaux // Photo: © David Trood / gettyimages.de
    Karl Ziegler, 1898–1973. Chimiste et lauréat du Prix Nobel


    ‘‘J’ai débuté comme un explorateur qui s’enfonce dans une terre inconnue.“


    Karl Ziegler décrit souvent l’oeuvre de sa vie comme un long voyage à l’issue incertaine. Cette terre inconnue dont il fit l’exploration, est la chimie des métaux et des composés carbonés. Son travail rend possible la production en masse de matériaux plastiques comme le polyéthylène et le polypropylène. Il obtient en 1963 le Prix Nobel de chimie pour ses travaux.
    Inventions : Matériaux // Photo: © David Trood / gettyimages.de


    DU CAOUTCHOUC DANS UN CHAMP DE PISSENLITS

    Combinaisons de plongée, pneus, joints en caoutchouc – plus de 40,000 produits de consommation courante contiennent du caoutchouc. Traditionnellement, le caoutchouc est produit à partir de la sève des arbres à caoutchouc. Comme ces arbres ne poussent que sous les climats tropicaux, le chimiste allemand Fritz Hofmann développe durant la Première guerre mondiale un caoutchouc synthétique. Aujourd’hui, le caoutchouc et ses dérivés sont produits principalement à partir de produits pétroliers.

    Les pneus automobiles pourraient bientôt devenir le premier produit industriel à base de pissenlit. Mais il existe aussi d’autres sources d’approvisonnement comme par exemple le pissenlit de Russie dont le lait contient aussi du caoutchouc. En collaboration avec le fabricant de pneus Continental, les chercheurs de Fraunhofer construisent actuellement une installation pilote qui fabriquerait en grande quantité du caoutchouc de pissenlit.
    » Vidéo : ‘‘Caoutchouc naturel à base de pissenlit“


    Le pissenlit de Russie (Taraxacum koksaghyz) donne un caoutchouc naturel

    Les pneus automobiles pourraient bientôt devenir le premier produit industriel à base de pissenlit

      ACIER SUR MESURE

      L’acier n’est pas que de l’acier. Une turbine doit pouvoir résister à d’autres forces, tout comme la carosserie d’une voiture ou les piliers d’un pont. Afin de répondre aux demandes concrètes pour des composants toujours plus performants, des aciers spéciaux deviennent nécessaires. Il en existe déjà plus de 2,500 variétés.

      Le fer est toujours le composant principal. Grâce à l’ajout d’éléments étrangers – manganèse, nickel ou chrome – l’acier acquière des caractéristiques particulières. Il devient par exemple, plus léger, plus stable ou se laisse plus facilement dilater. À l,’aide de logiciels, les scientifiques peuvent simuler ou optimiser les caractéristiques recherchées. Ils peuvent ainsi augmenter la durabilité des turbines, la légèreté des avions et la sécurité des voitures.

      Jusqu’à tout récemment, même les experts pensaient que l’acier n’offrait que très peu de nouvelles possibilités. En proposant des aciers novateurs, des scientifiques allemands oeuvrant dans la recherche des matériaux, prouvent aujourd’hui qu’il n’en est rien.


      Des alliages contenant différents additifs améliorent la qualité de l’acier

      Aujourd’hui l’acier est optimisé en fonction de son utilisation, par exemple, pour les turbines d’avions

        CARBONE EN SÉRIE

        Casques, vélos, raquettes de tennis ou même avions et Formule 1, chacun de ces produits se doit d’être aussi léger que possible tout en étant extrêmement robuste. Grâce au plastique renforcé de fibres de carbone, aussi appelé PRFC, cela est réalisable. Par contre, plusieurs étapes de la fabrication doivent être effectuées à la main ce qui a le dsésavantage d’augmenter le prix de ces produits.

        Des scientifiques spécialisés dans la recherche sur les matériaux travaillent de concert avec des spécialistes de l’industrie automobile, à de nouveaux procédés de production permettant de diminuer les coûts de fabrication des PRFC. Des machines peuvent tresser, mouler et enduire les fibres de résine. Les pièces ainsi obtenues pèsent deux fois moins qu’une pièce en acier, elles sont plus résistantes au choc et ne rouillent pas. Un matériau idéal pour alléger des voitures ou des avions qui ainsi consomment moins de carburant.


        Les plastiques renforcés de fibres de carbone sont maintenant moins coûteux grâce à de nouveaux procédés de production

          EFFET LOTUS

          Dans plusieurs religions, le lotus symbolise la plus grande pureté car les feuilles de lotus sont toujours propres. Mais la symbolique a aussi un fondement scientifique. Les feuilles sont en réalité revêches à l’eau qui ruisselle sur leur surface emportant avec elle toutes les impuretés. C’est dans les années 1970 que le botaniste allemand Wilhelm Bartlett découvre que la surface des feuilles de lotus n’est pas lisse mais plutôt recouverte de structures microscopiques.

          Aujourd’hui, chercheurs et chercheuses utilisent l’effet lotus pour développer des surfaces spéciales qui sont revêches à l’eau, à l’huile et même au sang. L’objectif de ces scientifiques est de créer des cellules solaires, des fenêtres et, particulièrement, des machines cardio-pulmonaires auto-nettoyantes.


          Sur la feuille de lotus, l’eau ne trouve aucune adhérence

          Les laques à revêtement nanostructuré utilisent l’effet lotus : l’eau ruisselle et emporte avec elle toutes les impuretés

            VÊTEMENT PRÊT-À-PENSER

            Développée au cours d’un projet de recherche du gouvernement allemand, la veste de sapeur-pompier à électronique intégrée est capable de bien plus encore que de simplement résister à des chaleurs extrêmes. Dans le feu de l’action, elle indique de façon fiable la position du pompier, sa température corporelle ainsi que son rythme cardiaque. Si cela devient nécessaire, cette veste intelligente peut déclencher une alarme afin que la direction de l’intervention puisse envoyer des secours.

            Mais les vêtements intelligents ne servent pas seulement pour les urgences. Les chercheurs de Fraunhofer travaillent sur un maillot de sport pouvant mesurer le pouls et la respiration dans le but de permettre aux athlètes d’optimiser leur entraînement.


            Les ‘‘vêtements intelligents“ peuvent sauver des vies

              PLASTIQUE OMNIPRÉSENT

              Bobby Car, seaux, tuyaux, sacs à ordure, implants médicaux - que ce soit des objets du quotidien ou de haute technologie, ils contiennent tous du polyéthylène, le plastique le plus utilisé. Extrêmement robuste, il n’est pas affecté par les agents corrosifs et il est capable de supporter des variations importantes de température.

              C’est en 1953 que Karl Ziegler, chercheur à l’Institut Max-Planck, découvre comment le polyéthylène peut être produit rapidement et à faible coût. À température ambiante et sous pression atmosphérique normale, l’éthylène se transforme en polyéthylène lorsqu’on y ajoute des composés métalliques spécifiques – catalyse Ziegler-Natta. Cette découverte met en place les conditions pour sa production en masse. La stabilité du polyéthylène est cependant un désavantage qui affecte la planète entière, les sacs de plastique s’accumulant en montagnes de déchets. Ainsi, un seul sac peut prendre plusieurs centaines d’années avant de se décomposer complètement.


              Prix Nobel de chimie en 1963. Le roi Gustave VI Adolphe de Suède félicite Karl Ziegler (à droite)