Les gilets pare-balles anciens ont beaucoup en commun avec les gilets pare-balles modernes. Les deux offrent une protection contre les armes mais sont lourds, volumineux et rigide. L'idée de base derrière les gilets pare-balles n'a pas beaucoup changé au cours des derniers milliers d'années. D'abord, l'armure empêche les armes ou les projectiles d'atteindre le corps d'une personne. Seconde, il diffuse l'énergie de l'arme pour que l'impact final cause moins de dégâts. Bien qu'il ne soit pas efficace dans toutes les situations, l'armure peut généralement aider à protéger les personnes contre des blessures graves ou la mort, surtout contre les bonnes armes.
Au cours des années, les gens ont dû développer une armure plus solide et plus avancée pour se protéger contre des armes de plus en plus sophistiquées. Cependant, malgré ces améliorations, Les gilets pare-balles modernes présentent encore certaines des mêmes lacunes que les anciennes formes d'armures. Qu'il soit fabriqué à partir de plaques métalliques ou de couches de tissu, les armures sont souvent lourdes et encombrantes. De nombreux types sont rigides, donc ils ne sont pas pratiques pour une utilisation sur les bras, jambes et cous. Pour cette raison, les armures médiévales en plaques avaient des trous et des joints pour permettre aux gens de se déplacer, et le gilet pare-balles utilisé aujourd'hui ne protège souvent que la tête et le torse.
L'un des types de gilets pare-balles les plus récents, bien que, est à la fois souple et léger. Assez curieusement, cette amélioration provient de l'ajout de liquide aux matériaux de blindage existants. Bien qu'il ne soit pas entièrement prêt pour le combat, des recherches en laboratoire suggèrent que les gilets pare-balles liquides ont le potentiel d'être un bon remplacement ou un complément aux gilets plus volumineux. Finalement, soldats, les policiers et autres personnes peuvent l'utiliser pour protéger leurs bras et leurs jambes.
Les deux principaux types de gilets pare-balles liquides actuellement en développement commencent tous deux par une base de DuPont Kevlar , couramment utilisé dans les gilets pare-balles. Lorsqu'une balle ou un éclat d'obus frappe un gilet en Kevlar, les couches de matériau répartissent l'impact sur une grande surface. La balle étire également les fibres de Kevlar, dépenser de l'énergie et ralentir le processus. Le concept est similaire à ce qui se passe lorsqu'un coussin gonflable de voiture répartit l'impact et ralentit le mouvement du torse d'une personne lors d'une collision.
Bien que le Kevlar soit un tissu, L'armure en Kevlar ne bouge pas et ne se drape pas comme le font les vêtements. Il faut entre 20 et 40 couches de Kevlar pour arrêter une balle, et cet empilement de couches est relativement rigide. C'est aussi lourd - un gilet seul pèse souvent plus de 10 livres (4,5 kilogrammes), même sans inserts en céramique pour une protection supplémentaire.
Deux fluides différents, cependant, peut permettre à l'armure de Kevlar d'utiliser beaucoup moins de couches, le rendant plus léger et plus flexible. Les deux ont une chose en commun :ils réagissent fortement en réponse à un stimulus. Prochain, nous verrons de quoi ces liquides sont faits et pourquoi ils réagissent comme ils le font.
Fluide épaississant par cisaillement utilisé pour les gilets pare-balles liquides Photo par le Sgt. Lorie Jewell / avec l'aimable autorisation de l'armée américaine Le terme « gilet pare-balles liquide » peut être un peu trompeur. Pour certaines personnes, cela rappelle l'idée de déplacer un fluide pris en sandwich entre deux couches de matériau solide. Cependant, les deux types d'armure liquide en développement fonctionnent sans couche liquide visible. Au lieu, ils utilisent du Kevlar qui a été trempé dans l'un des deux fluides.
Le premier est un fluide épaississant par cisaillement (STF) , qui se comporte comme un solide lorsqu'il rencontre des contraintes mécaniques ou tondre . En d'autres termes, il se déplace comme un liquide jusqu'à ce qu'un objet le heurte ou l'agite avec force. Puis, il durcit en quelques millisecondes. C'est le contraire d'un fluide de cisaillement , comme la peinture, qui s'amincit lorsqu'il est agité ou secoué.
Vous pouvez voir à quoi ressemble le fluide épaississant par cisaillement en examinant une solution à parts presque égales de fécule de maïs et d'eau. Si vous le remuez lentement, la substance se déplace comme un liquide. Mais si vous le frappez, sa surface se solidifie brusquement. Vous pouvez également le façonner en boule, mais quand vous arrêtez d'appliquer la pression, la balle tombe en morceaux.
Voici comment fonctionne le processus. Le fluide est un colloïde , constitué de minuscules particules en suspension dans un liquide. Les particules se repoussent légèrement, ils flottent donc facilement dans le liquide sans s'agglomérer ni se déposer au fond. Mais l'énergie d'un impact soudain submerge les forces répulsives entre les particules - elles collent ensemble, formant des masses appelées hydroclusters . Lorsque l'énergie de l'impact se dissipe, les particules recommencent à se repousser. Les hydroclusters s'effondrent, et la substance apparemment solide redevient liquide.
Avant l'impact, les particules dans le fluide épaississant par cisaillement sont dans un état d'équilibre. Après l'impact, ils s'agglutinent, formant des structures solides. Le fluide utilisé dans les gilets pare-balles est composé de silice particules en suspension dans polyéthylène glycol . La silice est un composant du sable et du quartz, et le polyéthylène glycol est un polymère couramment utilisé dans les laxatifs et les lubrifiants. Les particules de silice n'ont que quelques nanomètres de diamètre, tant de rapports décrivent ce fluide comme une forme de nanotechnologie.
Pour fabriquer un gilet pare-balles liquide en utilisant un fluide épaississant par cisaillement, les chercheurs diluent d'abord le fluide dans de l'éthanol. Ils saturent le Kevlar avec le fluide dilué et le placent dans un four pour évaporer l'éthanol. Le STF imprègne alors le Kevlar, et les brins de Kevlar maintiennent le fluide rempli de particules en place. Lorsqu'un objet heurte ou poignarde le Kevlar, le fluide durcit immédiatement, rendre le Kevlar plus fort. Le processus de durcissement se produit en quelques millisecondes, et l'armure redevient flexible par la suite.
Dans les tests de laboratoire, Le Kevlar traité STF est aussi flexible que simple, ou soigné, Kevlar. La différence c'est que c'est plus fort, donc l'armure utilisant le STF nécessite moins de couches de matériau. Quatre couches de Kevlar traité STF peuvent dissiper la même quantité d'énergie que 14 couches de Kevlar pur. En outre, Les fibres traitées au STF ne s'étirent pas aussi loin à l'impact que les fibres ordinaires, ce qui signifie que les balles ne pénètrent pas aussi profondément dans l'armure ou dans les tissus d'une personne en dessous. Les chercheurs pensent que cela est dû au fait qu'il faut plus d'énergie à la balle pour étirer les fibres traitées au STF.
Kevlar traité après impact d'une balle Photo gracieuseté de l'armée américaine/photographe Sgt.Lorie Jewell Des recherches sur les gilets pare-balles liquides à base de STF sont en cours au U.S. Army Research Laboratory et à l'Université du Delaware. Chercheurs du MIT, d'autre part, examinent un fluide différent à utiliser dans les gilets pare-balles. Nous examinerons ensuite leurs recherches.
La lame lente pénètre le bouclierLes gilets pare-balles à base de STF ont des parallèles dans le monde de la science-fiction. Dans l'univers de "Dune, de Frank Herbert, " un appareil appelé générateur Holtzman peut produire un bouclier protecteur. Seuls les objets se déplaçant à faible vitesse peuvent pénétrer ce bouclier. De même, les objets se déplaçant lentement s'enfonceront dans le fluide épaississant par cisaillement sans le faire durcir. En basse vitesse, ou quasi-statique , essais au couteau, un couteau peut pénétrer à la fois le Kevlar pur et le Kevlar traité STF. Cependant, le Kevlar traité STF subit un peu moins de dégâts, peut-être parce que le fluide provoque le collage des fibres.
Lorsqu'il est exposé à un champ magnétique, les particules dans le fluide magnétorhéologique s'alignent le long des lignes de champ. L'autre fluide qui peut renforcer l'armure de Kevlar est fluide magnétorhéologique (MR) . Les fluides MR sont huiles qui sont remplis de fer à repasser particules. Souvent, des tensioactifs entourent les particules pour les protéger et les maintenir en suspension dans le fluide. Typiquement, les particules de fer représentent entre 20 et 40 pour cent du volume du fluide.
Les particules sont minuscules, mesurant entre 3 et 10 microns. Cependant, ils ont un effet puissant sur la consistance du fluide. Lorsqu'il est exposé à un champ magnétique, les particules s'alignent, épaissir considérablement le fluide. Le terme « magnétorhéologique » vient de cet effet. La rhéologie est une branche de la mécanique qui se concentre sur la relation entre la force et la façon dont un matériau change de forme. La force du magnétisme peut modifier à la fois la forme et la viscosité des fluides MR.
Le processus de durcissement prend environ vingt millièmes de seconde. L'effet peut varier considérablement selon la composition du fluide et la taille, forme et la force du champ magnétique. Par exemple, Les chercheurs du MIT ont commencé avec des particules de fer sphériques, qui peuvent glisser l'un sur l'autre, même en présence du champ magnétique. Cela limite la dureté de l'armure, les chercheurs étudient donc d'autres formes de particules qui pourraient être plus efficaces.
Comme pour STF, vous pouvez voir à quoi ressemblent les fluides MR en utilisant des objets ordinaires. La limaille de fer mélangée à de l'huile crée une bonne représentation. En l'absence de champ magnétique, le fluide se déplace facilement. Mais l'influence d'un aimant peut amener le fluide à s'épaissir ou à prendre une autre forme que celle de son récipient. Parfois, la différence est très visuellement dramatique, avec le fluide formant des pics distinctifs, auges et autres formes. Les artistes ont même utilisé des aimants et des fluides MR ou des ferrofluides similaires pour créer des œuvres d'art.
Avec la bonne combinaison de densité, la forme des particules et l'intensité du champ, Le fluide MR peut passer d'un liquide à un solide très épais. Comme pour le fluide épaississant par cisaillement, ce changement pourrait augmenter considérablement la résistance d'une pièce d'armure. L'astuce consiste à activer le changement d'état du fluide. Étant donné que des aimants suffisamment gros pour affecter une combinaison entière seraient lourds et peu pratiques à transporter, les chercheurs proposent de créer de minuscules circuits traversant l'armure.
Fluide magnétorhéologique avant et après exposition à un champ magnétique Sans courant circulant dans les fils, l'armure resterait douce et flexible. Mais en appuyant sur l'interrupteur, les électrons commenceraient à se déplacer à travers les circuits, créant un champ magnétique dans le processus. Ce champ provoquerait le raidissement et le durcissement de l'armure instantanément. Remettre l'interrupteur en position arrêt arrêterait le courant, et l'armure redeviendrait flexible.
En plus de rendre plus fort, briquet, armure plus souple, les tissus traités avec des fluides épaississants par cisaillement et magnétorhéologiques pourraient également avoir d'autres utilisations. Par exemple, de tels matériaux pourraient créer des couvertures anti-bombes faciles à plier et à transporter et qui peuvent toujours protéger les passants contre les explosions et les éclats d'obus. Les bottes de saut traitées peuvent durcir à l'impact ou lorsqu'elles sont activées, protéger les bottes des parachutistes. Les uniformes des gardiens de prison pourraient faire un usage intensif de la technologie des armures liquides, d'autant plus que les gardes d'armes sont les plus susceptibles de rencontrer des objets contondants et des lames artisanales.
Cependant, les technologies ont quelques avantages et inconvénients. Voici un aperçu :
Aucun type d'armure n'est tout à fait prêt à être utilisé sur le champ de bataille. L'armure en Kevlar traité STF pourrait être disponible d'ici la fin 2007 [Source :Business Week]. Le fluide MR peut nécessiter encore cinq à 10 ans de développement avant de pouvoir systématiquement arrêter les balles. [Source :Science Central]. Consultez les liens sur la page suivante pour en savoir plus sur la technologie militaire, gilets pare-balles et sujets connexes.
Autres utilisations des fluides MRLes fluides MR ont de nombreuses utilisations en plus du renforcement des gilets pare-balles. Leur capacité à passer des liquides aux semi-solides presque instantanément les rend utiles pour amortir les impacts et les vibrations dans des objets tels que :
Puisqu'il peut changer de forme instantanément et de manière réversible, il peut également être utilisé pour créer des afficheurs braille défilants ou des moules reconfigurables.
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Sources
