Plus forte, briquet, des matériaux moins chers sont le nom du jeu dans la fabrication de pointe. Maintenir des coûts bas sur des matériaux qui sont également, sinon plus, efficace que les précédentes, c'est la façon dont les entreprises avancent et, théoriquement, quand les consommateurs gagnent.

Mais si plus fort, plus léger et moins cher signifie des durées de vie plus courtes pour les matériaux utilisés dans les automobiles ? C'est le problème qu'une équipe de recherche internationale dirigée par l'ingénieur occidental en matériaux Hamidreza Abdolvand a abordé dans une nouvelle étude publiée par les revues à fort impact Acta Materialia et Communications Materials.

Abdolvand, aux côtés de l'étudiant diplômé Western Engineering Karim Louca et des collaborateurs de l'European Synchrotron Radiation Facility et Arts et Métiers ParisTech, découvert des facteurs importants contribuant à la déformation (changement de forme) des métaux utilisés dans les automobiles et les réacteurs nucléaires, et développé de nouveaux modèles pour prédire la durée de vie de ces matériaux.

La première étape de la découverte, dit Abdolvand, était une meilleure compréhension du "jumelage" - un processus de réorientation des cristaux qui se produit avec les blocs de construction de taille nanométrique des matériaux solides subissant une déformation.

"Le rôle des jumeaux est très important en science des matériaux, et à l'heure actuelle, il est difficile pour la communauté scientifique de les prédire car leur apparition est un processus rapide, " dit Abdolvand, qui a dirigé l'étude. "Avec mon équipe et mes collaborateurs, nous voulions savoir comment ils initient, dans quelles conditions, et ce qu'ils font aux propriétés des matériaux."

Les jumeaux se forment lorsque la charge est appliquée sur, par exemple, zirconium ou magnésium. Le premier est utilisé dans les réacteurs nucléaires et le second dans les voitures. Les jumeaux peuvent parfois disparaître lorsque la même charge est retirée ou inversée, et le processus de jumelage peut être bon et mauvais, Abdolvand a expliqué :cela peut améliorer la ductilité des matériaux, les rendant plus aptes à être remodelés sans se casser, mais cela peut aussi les faire se casser, en fonction du chargement et des conditions de contraintes localisées.

Bien avant la pandémie de COVID-19, Abdolvand et son équipe se sont rendus en France pour s'associer à l'ESRF pour réaliser des expériences de diffraction des rayons X synchrotron 3D sur des pièces d'automobiles et de réacteurs nucléaires avec la ligne de lumière ID11 de l'ESRF, un ensemble d'équipements révolutionnaire utilisé par les scientifiques du monde entier.

"Le but était de comprendre ce qui se passe au niveau atomique et de relier cela au fonctionnement du matériau, " a déclaré Jonathan Wright, Scientifique de la ligne de lumière ID11 à l'ESRF.

Suite aux expérimentations, Louca a minutieusement post-traité les plus de 4 téraoctets (4, 000 gigaoctets) d'images de diffraction collectées. « Sa contribution a été essentielle à ce projet et son travail acharné est exemplaire, " dit Abdolvand.

Prochain, les chercheurs ont combiné leurs résultats avec la modélisation de la plasticité cristalline pour étudier la formation et l'annihilation des jumeaux. En utilisant des échantillons très minces, ils ont appliqué une charge et ont constaté que pendant les premiers stades de la plasticité, le jumelage s'est produit avec le stress, mais que le stress s'atténuerait avec une charge supplémentaire.

"Ces découvertes sont d'une importance vitale dans le développement de nouveaux modèles qui permettent aux fabricants et aux chercheurs de prédire ce qui arrivera à un matériau et à quel moment ce matériau commencera à échouer ou à se fracturer, " dit Abdolvand.

Un nouveau modèle à utiliser pour les matériaux jumelés a été développé et la préimpression est actuellement en cours de révision.