Nacre, le matériau aux reflets arc-en-ciel qui tapisse l'intérieur des coquilles de moules et autres mollusques, est connu comme le matériau le plus résistant de la nature. Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université du Michigan a révélé précisément comment cela fonctionne, en temps réel.

Plus communément appelée nacre, la combinaison de dureté et de résilience de la nacre a mystifié les scientifiques depuis plus de 80 ans. Si les humains pouvaient l'imiter, elle pourrait conduire à une nouvelle génération de matériaux synthétiques ultra-résistants pour les structures, implants chirurgicaux et d'innombrables autres applications.

« Nous, les humains, pouvons fabriquer des matériaux plus résistants en utilisant des environnements non naturels, par exemple une chaleur et une pression extrêmes. Mais nous ne pouvons pas reproduire le type de nano-ingénierie que les mollusques ont réalisé. La combinaison des deux approches pourrait conduire à une nouvelle génération de matériaux spectaculaire, et ce document est un pas dans cette direction, " a déclaré Robert Hovden, U-M professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux.

Les chercheurs connaissent les bases du secret de la nacre depuis des décennies :elle est constituée de « briques » microscopiques d'un minéral appelé aragonite, lacé avec un "mortier" en matière organique. Cet arrangement de briques et de mortier donne clairement de la force, mais la nacre est bien plus résistante que ses matériaux ne le suggèrent.

L'équipe de Hovden, qui comprenait Jiseok Gim, assistant de recherche diplômé en science des matériaux de l'UM, ainsi que des géochimistes de l'Université Macquarie en Australie et d'ailleurs, travaillé ensemble pour percer le mystère.

Au Michigan Center de U-M pour la caractérisation des matériaux, les chercheurs ont utilisé de minuscules micro-pénétrateurs piézo-électriques pour exercer une force sur les coquilles de Pinna nobilis, communément connu sous le nom de coquille de stylo noble, alors qu'ils étaient sous un microscope électronique. Ils ont regardé ce qui s'est passé en temps réel.

Ils ont découvert que les « briques » sont en fait des tablettes multifaces de quelques centaines de nanomètres seulement. Ordinairement, ces comprimés restent séparés, disposées en couches et amorties par une fine couche de « mortier » organique. Mais lorsqu'une contrainte est appliquée aux coques, le "mortier" s'écrase et les comprimés s'emboîtent, formant ce qui est essentiellement une surface solide. Lorsque la force est supprimée, la structure rebondit, sans perdre aucune force ou résilience.

Cette résilience distingue la nacre des matériaux les plus avancés conçus par l'homme. Plastiques, par exemple, peut rebondir d'un impact, mais ils perdent un peu de leur force à chaque fois. La nacre n'a rien perdu de sa résilience lors d'impacts répétés jusqu'à 80% de sa limite d'élasticité.

Quoi de plus, si une fissure se forme, la nacre confine la fissure à une seule couche plutôt que de la laisser s'étendre, en gardant intacte la structure de la coque.

"C'est incroyable qu'un mollusque, qui n'est pas la créature la plus intelligente, fabrique tant de structures à tant d'échelles, " dit Hovden. " Il fabrique des molécules individuelles de carbonate de calcium, les disposer en feuilles nano-couches qui sont collées avec de la matière organique, jusqu'à la structure de la coque, qui combine la nacre avec plusieurs autres matériaux."

Hovden pense que les humains pourraient utiliser les méthodes de la moule pour créer des surfaces composites nanotechnologiques qui pourraient être considérablement plus légères et plus résistantes que celles disponibles aujourd'hui.

"La nature nous donne ces structures hautement optimisées avec des millions d'années d'évolution derrière elles, ", a-t-il déclaré. "Nous ne pourrions jamais exécuter suffisamment de simulations informatiques pour en arriver à ces éléments - ils sont simplement là pour que nous puissions les découvrir."

L'étude est publiée dans Communication Nature .