Ce qui ne nous tue pas nous rend plus fort, selon le philosophe Friedrich Nietzsche. Qui aurait pensé qu'une notion similaire pourrait s'appliquer aux matériaux ?

"La raison pour laquelle le béton est si fort, c'est parce qu'il est si faible, " dit le professeur Alex Hansen, responsable de PoreLab, un centre d'excellence pour des recherches exceptionnelles à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU) et à l'Université d'Oslo (UiO).

Les chercheurs de PoreLab travaillent principalement avec des matériaux poreux comme le béton, et dans leur monde, ce genre de chose peut arriver. Entre autres, les chercheurs réfléchissent à ce qui se passe dans les matériaux soumis à des contraintes, et certaines de leurs découvertes sont un peu inattendues.

Pourquoi, par exemple, le béton fonctionne-t-il ainsi ? Le béton a l'air compact, mais c'est en fait plein de petits trous. Ces trous rendent le matériau plus solide. Le professeur Hansen commence par les bases :

"Quand tu as une fissure dans le pare-brise de ta voiture, vous pouvez empêcher cette fissure de se propager en y perçant un trou, " dit-il. Une fissure non traitée a une forte concentration de force à la pointe de la fissure. Si vous percez un trou à ce stade, la force se propage à la place autour du trou et diminue la pression sur le verre.

Quelque chose de similaire se produit dans le béton poreux. S'il y a une fissure dans le béton, la force est répartie dans tout le matériau en raison de tous les trous. Les gens connaissent ces mécanismes de force au moins depuis le Moyen Âge. Les constructeurs de la forteresse de Kristiansten à Trondheim au 17ème siècle ont mis les restes d'animaux morts dans le matériau. Alors que les animaux pourrissaient et émettaient des gaz, ils ont rendu le matériau poreux et donc plus résistant.

Mais cela n'explique pas pourquoi les matériaux peuvent devenir encore plus résistants sous tension. L'idée va à l'encontre de l'intuition :la matière ne devrait-elle pas plutôt s'affaiblir ? Ce qui se passe?

Le doctorant Jonas Tøgersen Kjellstadli du département de physique de NTNU peut expliquer le processus. Il a collaboré avec Hansen, chercheur Srutarshi Pradhan et Ph.D. candidat Eivind Bering — également du même département — à étudier le phénomène. « Les parties fortes du matériau entourent les parties faibles et les protègent, " dit Kjellstadli.

Un matériau comme le béton n'est pas aussi résistant partout, bien que cela puisse y ressembler. Un matériau apparemment uniforme a des zones faibles et fortes. Ces zones sont dispersées de manière aléatoire à travers elle.

Dans les modèles informatiques utilisés par Kjellstadli, les zones fortes sont réparties dans le matériau. Ils protègent les zones faibles lorsque les fibres sont soumises à des agressions. Cela se produit à un tel degré que le matériau est stabilisé et devient moins vulnérable à de telles contraintes.

Cet effet ne s'applique que là où les zones fortes et faibles sont inégalement réparties dans le matériau. Et cela ne s'applique que jusqu'à un certain seuil. Le matériau est constamment sollicité à un seuil maximum ou à un autre, où la force d'une contrainte ne peut plus être absorbée. Tôt ou tard, le matériau tombera alors en panne de manière catastrophique et soudaine.

Les chercheurs envisagent des applications possibles, également. Et si vous pouviez utiliser ces connaissances de base pour prédire quand un matériau échouera ? Quand le stress devient-il enfin trop important ? "Nous utilisons les mêmes modèles informatiques que lorsque nous observons que les matériaux sont renforcés par la charge de contrainte, " dit Hansen.

Pour que, ils ajoutent des expériences pratiques, continue jusqu'à ce que la charge de contrainte devienne trop importante pour le matériau.

Hansen s'intéresse à ce sujet depuis 2000, quand il a entendu parler de mines en Afrique du Sud qui s'effondreraient soudainement. La compréhension de ces mêmes principes pourrait un jour être utilisée comme une aide lors de la construction du tunnel, ou pour prédire les tremblements de terre. Ces idées sont encore spéculatives, et leurs applications se situent dans un avenir quelque peu lointain. Mais les ambitions des chercheurs sont élevées.

« Nous travaillons à l'élaboration d'un modèle général pour le moment où une défaillance catastrophique s'installe, dit Hansen.

Que cet objectif soit encore possible, ils ne le savent pas encore, mais c'est exactement le genre de recherche à haut risque que PoreLab a été chargé de mener. Les gains potentiels sont énormes s'ils réussissent.

"Dans nos modèles informatiques, nous observons que l'énergie élastique du matériau atteint un pic juste avant sa défaillance, ", explique Pradhan, chercheur au PoreLab. Il travaille spécifiquement sur la prédiction du moment où un matériau se fissurera depuis qu'il a commencé à étudier avec le professeur Bikas K. Chakrabarti à l'Institut de physique nucléaire Saha à Kolkata, l'Inde en 2000. "Nous pensons que cela a le potentiel de s'étendre à des situations réelles, " dit Pradhan.

Peut-être que leur objectif n'est pas impossible après tout.