Le monde de l'aérospatiale s'appuie de plus en plus sur les composites polymères renforcés de fibres de carbone pour construire les structures des satellites, fusées et avions à réaction.

Mais la durée de vie de ces matériaux est limitée par la façon dont ils gèrent la chaleur.

Une équipe de chercheurs du FAMU-FSU College of Engineering du High-Performance Materials Institute de la Florida State University développe une conception pour un bouclier thermique qui protège mieux ces machines extrêmement rapides. Leurs travaux seront publiés dans l'édition de novembre de Carbone .

"À l'heure actuelle, nos systèmes de vol deviennent de plus en plus rapides, même entrer dans des systèmes hypersoniques, qui sont cinq fois la vitesse du son, " a déclaré le professeur Richard Liang, directeur de HPMI. "Quand vous avez des vitesses aussi élevées, il y a plus de chaleur sur une surface. Par conséquent, nous avons besoin d'un bien meilleur système de protection thermique."

L'équipe a utilisé des nanotubes de carbone, qui sont liés par des hexagones d'atomes de carbone en forme de cylindre, pour construire les boucliers thermiques. Les feuilles de ces nanotubes sont également appelées "buckypaper, " un matériau doté d'incroyables capacités à conduire la chaleur et l'électricité qui a fait l'objet d'études à HPMI. En trempant le buckypaper dans une résine constituée d'un composé appelé phénol, les chercheurs ont pu créer un poids léger, matériau flexible qui est également suffisamment durable pour potentiellement protéger le corps d'une fusée ou d'un jet de la chaleur intense à laquelle il est confronté pendant le vol.

Les boucliers thermiques existants sont souvent très épais par rapport à la base qu'ils protègent, dit Ayou Hao, un membre du corps professoral de recherche à HPMI.

Cette conception permet aux ingénieurs de construire un bouclier très fin, comme une sorte de peau qui protège l'avion et aide à soutenir sa structure.

Après avoir construit des boucliers thermiques d'épaisseurs variables, les chercheurs les ont mis à l'épreuve.

Un test consistait à appliquer une flamme sur les échantillons pour voir comment ils empêchaient la chaleur d'atteindre la couche de fibre de carbone qu'ils étaient censés protéger. Après ça, les chercheurs ont plié les échantillons pour voir à quel point ils étaient résistants.

Ils ont découvert que les échantillons avec des feuilles de papier bucky étaient meilleurs que les échantillons témoins pour disperser la chaleur et l'empêcher d'atteindre la couche de base. Ils sont également restés solides et flexibles par rapport aux échantillons témoins fabriqués sans couches protectrices de nanotubes.

Cette flexibilité est une qualité utile. Les nanotubes sont moins vulnérables à la fissuration à haute température par rapport aux céramiques, un matériau de bouclier thermique typique. Ils sont également légers, ce qui est utile pour les ingénieurs qui souhaitent réduire le poids de quoi que ce soit sur un avion qui n'aide pas la façon dont il vole.