Dans les années récentes, la popularité des métamatériaux a considérablement augmenté. Ces matériaux ne se trouvent pas dans la nature ou ne sont pas fabriqués à l'aide de réactions chimiques, mais sont conçus géométriquement dans le laboratoire de physique. Les métamatériaux peuvent être donnés spéciaux, souvent contre-intuitif, Propriétés. Pour la première fois, les physiciens ont maintenant développé une boîte à outils pour créer des matériaux qui présentent simultanément plusieurs de ces propriétés. La recherche a été publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences cette semaine.

Les recherches qui ont conduit aux nouveaux matériaux ont été menées par les physiciens Aleksi Bossart, David Dykstra, Jop van der Laan et Corentin Coulais de l'Université d'Amsterdam. À l'aide de la boîte à outils, ils ont créé un matériau qui change de comportement lorsqu'il est comprimé rapidement ou lentement. De nouveaux matériaux comme celui-ci peuvent être très utiles pour les amortisseurs des voitures, pour les matériaux de construction pouvant résister aux séismes ou aux vannes de régulation de débit.

Matériaux de conception

Les métamatériaux sont des matériaux d'ingénierie dotés de propriétés extraordinaires. Ces propriétés proviennent de leur structure géométrique plutôt que de leur composition chimique. La complexité des métamatériaux réside dans leur conception, pas dans la façon dont ils sont construits :une fois la géométrie correcte connue, une imprimante 3D est souvent suffisante pour fabriquer le matériau. Au cours des dernières années, les physiciens sont devenus de plus en plus habiles à concevoir des métamatériaux aux propriétés intéressantes. Par exemple, les matériaux peuvent maintenant être conçus pour être très légers et très rigides, ou pour présenter un comportement mécanique étrange - ils peuvent rétrécir latéralement lorsqu'ils sont comprimés, alors que les matériaux ordinaires se dilatent, ou ils peuvent même se comporter comme des changeurs de forme programmables.

Bien que pas toujours facile à réaliser, l'idée semble donc simple :si vous avez besoin d'un matériau avec une propriété spécifique, trouver un physicien intelligent pour le concevoir pour vous. Mais que faire si vous avez besoin d'un matériau qui a deux propriétés spéciales ? Et si, selon les circonstances, vous voulez pouvoir basculer entre les deux propriétés ?

Deux fonctionnalités

C'est précisément le type de question que l'on rencontre quand, par exemple, à la recherche de matériaux capables de résister aux séismes. Un tel matériau devrait réagir de manière très différente aux petites vibrations présentes dans la vie quotidienne d'un bâtiment qu'il ne le devrait lors d'un choc dû à un tremblement de terre. Avec des applications comme celle-ci à l'esprit, Bossart, Dykstra, Van der Laan et Coulais ont entrepris de concevoir des matériaux qui n'ont pas une mais plusieurs fonctionnalités au sein d'une même structure.

En particulier, ils ont réussi à créer des métamatériaux qui peuvent rétrécir ou se dilater sur le côté lorsqu'ils sont compressés, en fonction de la vitesse à laquelle la force de compression est exercée. Un exemple d'un tel matériau est montré dans l'image ci-dessus :la clé des fonctionnalités du matériau réside dans le motif de ses trous. Lorsqu'une pression est exercée, les trous se déforment collectivement, mais ce comportement collectif est différent lorsque la pression s'exerce lentement que lorsqu'elle s'exerce rapidement.

De nouveaux métamatériaux comme celui-ci pourraient être très intéressants pour toutes sortes d'applications industrielles. Une application serait dans les matériaux de construction résistants aux séismes, mais les métamatériaux pourraient également conduire à d'autres applications d'absorption d'énergie - pensez aux amortisseurs dans les voitures - ou à de nouveaux dispositifs adaptables en robotique, notamment des vannes de régulation de débit.