Dans l'édition de ce mois de Monde de la physique , un groupe de physiciens décrit comment des structures uniques dans le monde naturel inspirent les scientifiques à développer de nouveaux types de matériaux aux propriétés sans précédent.

Du ruban adhésif inspiré des orteils des geckos au revêtement potentiellement résistant aux défauts des avions inspiré de la nacre, l'attractivité se concentre sur un concept :la conception hiérarchique.

Lorsque les matériaux ont une conception hiérarchique, la structure globale est composée de niveaux beaucoup plus petits, ou des générations, de structures qui, une fois assemblées, présentent des propriétés extraordinaires.

Par exemple, la capacité des geckos à gravir les murs verticaux et les plafonds est due à la disposition hiérarchique des petites fibres sur leurs orteils. Chaque orteil a un coussinet avec des fibres velues dépassant de celui-ci qui se divisent à plusieurs reprises en poils de plus en plus fins avec des dimensions allant jusqu'à l'échelle nanométrique.

Cette division répétée augmente considérablement la surface des orteils et aide à fixer l'orteil du gecko à une surface.

Avant la découverte de ces structures naturelles, cependant, les architectes utilisaient cette approche hiérarchique pour concevoir certains des bâtiments et des structures les plus célèbres qui existent encore aujourd'hui.

L'exemple le plus célèbre est peut-être la tour Eiffel, qui est principalement composé de petits faisceaux qui se combinent pour former des faisceaux plus grands, qui se combinent à nouveau pour créer des faisceaux encore plus grands, et ainsi de suite pour un total de trois générations structurelles.

La Tour Eiffel a été construite pour l'Exposition universelle de 1889 et les plans de conception de Gustav Eiffel signifiaient qu'au moment de la construction, les matériaux ont été utilisés avec parcimonie. En réalité, si vous deviez faire fondre le fer de toute la tour en un bloc solide avec une surface de base égale à celle de la tour, le bloc ne se tiendrait qu'à 6 cm au-dessus du sol.

Plus de 100 ans plus tard, les scientifiques et les ingénieurs étudient maintenant le moyen le plus efficace d'utiliser cette approche hiérarchique pour créer des matériaux exotiques artificiels appelés métamatériaux.

Dans cet article, Daniel Rayneau-Kirkope, de l'Université d'Aalto, Yong Mao, de l'Université de Nottingham, et Robert Farr, du London Institute of Mathematical Sciences, expliquer comment ces types de structures peuvent être optimisés en comprenant la relation précise entre la structure et la fonction.

Les technologies nécessaires à la réalisation de ces conceptions complexes progressent rapidement. Certains chercheurs tentent de développer un procédé à l'échelle industrielle pour construire des matériaux qui imitent la nacre, également connu sous le nom de nacre.

La nacre est un matériau incroyablement résistant qui est produit par certains mollusques en tant que coquille interne; il constitue également le revêtement extérieur des perles et a une résistance à la rupture 3000 fois supérieure à celle des cristaux.

"En partant de matériaux que la nature n'utilise pas à des fins structurelles, il y a une chance que les propriétés avantageuses de la nacre et d'autres exemples de conception hiérarchique naturelle pourraient même être surpassées par des composites artificiels, " écrivent les chercheurs.