L'infrastructure vieillissante du pays nécessite des investissements massifs. L'American Society of Civil Engineers estime que les États-Unis doivent dépenser quelque 4 500 milliards de dollars d'ici 2025 pour réparer les routes du pays, des ponts, barrages et autres infrastructures.

Imaginez si les ingénieurs pouvaient construire des structures avec des matériaux qui ne se dégradent pas avec le temps. Des chercheurs de l'Université de Californie, Irvine a proposé une nouvelle technique de simulation qui pourrait aider les ingénieurs à faire exactement cela.

Mohammad Javad Abdolhosseini Qomi, professeur assistant en génie civil et environnemental, et l'étudiant diplômé en ingénierie Ali Morshedifard ont développé une méthode numérique pour simuler le processus de vieillissement moléculaire dans les matériaux amorphes, comme le béton et le verre. Cette technique pourrait aider les chercheurs non seulement à mieux comprendre comment les matériaux s'affaiblissent avec l'âge, mais aussi développer des matériaux qui conservent leur résistance indéfiniment. Leur travail paraît cette semaine dans Communication Nature .

Selon les chercheurs, le vieillissement a son origine aux niveaux atomique et moléculaire. En raison de cette échelle minuscule, il est presque impossible de suivre les changements microscopiques sur de longues périodes. « Dans la simulation informatique des matériaux, il faudrait simuler un quadrillion de pas de temps pour ne capturer qu'une seconde de comportement. Cela ne nous rapprocherait même pas des échelles de temps pertinentes pour les phénomènes de vieillissement, qui sont de l'ordre des années et des décennies, " expliqua Qomi.

Dans leur technique de marche de contrainte incrémentale, Qomi et son étudiant diplômé soumettent la structure moléculaire du matériau à des fluctuations de contraintes cycliques, puis suivre la réponse du matériau à de telles perturbations. "Le ciment hydraté est composé de globules en forme de disque à l'échelle nanométrique. Nous avons découvert par hasard que ces globules se déforment progressivement sous une charge soutenue, mais la déformation s'arrête au bout d'un certain temps. Nous avons également constaté que le comportement collectif des globules donne lieu à une déformation non asymptotique, que nous pensons être à l'origine du fluage des matériaux cimentaires. C'était fascinant de voir les origines atomiques de la déformation viscoélastique et logarithmique sous contrainte constante, " dit Morshedifard, l'auteur principal du journal.

Qomi et son équipe de recherche prévoient d'appliquer cette nouvelle technique pour explorer la relation entre la composition et la texture des matériaux de structure et leur comportement en fonction du temps.

"La Federal Highway Administration dépense plus de 80 milliards de dollars par an pour réparer les ponts qui se dégradent en raison des phénomènes de vieillissement, " Qomi a poursuivi. " Comprendre comment les matériaux de structure vieillissent est la toute première étape vers la conception de matériaux à vieillissement réduit qui peuvent potentiellement faire économiser de l'argent aux contribuables. "