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Mieux comprendre les matériaux nano-renforcés

L’introduction de nanoparticules dans des polymères améliore de façon spectaculaire les propriétés mécaniques de ces derniers. Alors que ces effets sont aujourd’hui expérimentalement constatés et utilisés, Fahmi Bedoui, chercheur au laboratoire Roberval et à l’Institut de technologie de Californie (Caltech) souhaite en comprendre les raisons afin de modéliser et prédire les comportements.

Mieux comprendre les matériaux nano-renforcés

Bricoler avec des nanoparticules pour fabriquer de nouveaux matériaux est une chose, en comprendre les propriétés physiques et mécaniques pour en prévoir les caractéristiques en est une autre. Tel est le constat que dresse Fahmi Bedoui, chercheur au laboratoire Roberval et spécialiste du comportement mécanique des polymères. « En ajoutant des nanoparticules à des structures en polymères, on modifie leur rigidité ou leur résistance » explique Fahmi Bedoui, mais « nous sommes incapables de comprendre ni pourquoi ni comment ces comportements mécaniques évoluent en fonction des quantités et des types de matériaux utilisés ». Et pour étudier de tels assemblages, il est nécessaire de s’aventurer au croisement de la chimie, de la physique et de la mécanique.

 

Un modèle en mécanique moléculaire

 

Comme le laboratoire Roberval est spécialisé en mécanique, Fahmi Bedoui renoue avec d’anciens contacts rencontrés des années plus tôt au New Jersey Center for Biomaterials,  aux Etats-Unis. Maintenant en poste au prestigieux Institut de technologie de Californie (Caltech), ces physiciens experts en physique des matériaux développent un modèle en mécanique moléculaire susceptible de s’appliquer à ces questions. Accueilli comme visiteur en 2009,  Fahmi Bedoui devient ensuite chercheur associé au Materials and Process Simulation Center de Caltech.

 

Comprendre et prédire le comportement des matériaux nano-renforcés

 

« L’objectif de nos recherches est de comprendre ce qui se produit à l’échelle moléculaire lorsque des nanomatériaux sont introduits afin d’évaluer le bénéfice de l’utilisation de nanoparticules comme renforts dans des matrices polymères » explique le spécialiste des outils de simulation en mécanique moléculaire. De très nombreuses applications sont envisagées afin de remplacer des matériaux composites. Des secteurs comme l’automobile, l’aéronautique, l’aérospatial, ou encore le médical sont concernés. La collaboration entre le laboratoire Roberval, spécialisé en mécanique, et Le Materials and Process Simulation Center, regroupant de purs physiciens, semble une combinaison fructueuse afin d’aboutir à des modèles prédictifs sur le comportement de ces matériaux nano-renforcés.

 

« Il n’y a pas d’accord particulier entre Caltech et l’UTC » souligne Fahmi Bedoui, la relation étant uniquement basée sur une collaboration entre chercheurs dans le cadre d’un projet de recherche. Ce partenariat devrait perdurer au moins deux ans afin de finaliser les deux projets en cours. Fahmi Bedoui envisage d’autres opportunités de collaborations, car « ce ne sont pas les sujets de recherche communs qui manquent » confirme-t-il. Cette collaboration entre chercheurs n’exclue pas la possibilité d’un partenariat plus officiel. Le modèle de Caltech n’étant pas si différent de celui de l’UTC, une collaboration officielle ouvrirait alors la possibilité à des étudiants en thèse ou des jeunes chercheurs d’évoluer entre les deux établissements.