Des lianes, dont la couche de cellules ligneuses formant leur anneau de renforcement se répare d’elle-même après une blessure, ont servi de modèle aux experts en bionique pour le développement de membranes auto-réparatrices qui pourraient par exemple s’utiliser sur les bateaux pneumatiques.
Une membrane en polychlorure de vinyle, polyester (couleur jaunâtre) est percé avec une aiguille de 2,5 millimètre de diamètre, et à ce moment la mousse de polyuréthane (brun) s'élargit brutalement. - Crédit : Empa
Des chercheurs de l’Empa ont copié cette astuce de la nature et développé un revêtement de mousse polymère qui ne fait pas que réduire la perte de pression après un endommagement de la membrane mais augmente aussi la résistance et la durée de vie des structures gonflables. Ils décrivent ce développement dans leur article publié dans le dernier numéro de la revue scientifique «Journal of Bionic Engineering».
Un trou dans un bateau pneumatique n’est dramatique que si l’air s’en échappe à une vitesse telle qu’il n’est plus possible de rejoinder la côte salvatrice. Ce qui est moins dangereux mais toutefois désagréable, c’est de devoir passer la nuit sur un matelas pneumatique qui se dégonfle. Mais on peut toutefois tout de meme y dormir si l’air ne s’en échappe que lentement. Des revêtements autoréparateurs devraient à l’avenir permettre aux objets gonflables de colmater eux-mêmes – au moins provisoirement – de petites fuites.
L’idée en a été fournie par la nature. Les spécialistes en bionique y découvrent sans cesse des principes de construction étonnants à partir desquels les ingénieurs développent de nombreuses solutions techniques. Comme pour l’auto-réparation des matériaux: c’est le processus d’auto-guérison de l’aristoloche siphon (Aristolochia macrophylla), une liane originaire des forêts de l’est de l’Amérique du Nord, qui a lancé les biologistes du Plant Biomechanics Group de l’Université de Fribourg en Brisgau sur cette piste. Si l’anneau de renforcement formé de cellules ligneuses, qui confère aux jeunes plantes leur résistance à la flexion, est endommagé au cours de la croissance, la plante colmate cette blessure immédiatement. Les cellules parenchymateuses du tissu sous-jacent se dilatant rapidement et ferment la blessure depuis l’intérieur. Ce n’est que dans une phase ultérieure que débute la guérison proprement dite avec une division cellulaire suivie d’une lignification des cellules réparatrices.
Des structures gonflables auto-réparatrices
Ce principe a été transposé aux matériaux – plus précisément aux membranes – dans un projet de bionique soutenu par le ministère fédéral allemand de la formation et de la recherche. Immédiatement après l’endommagement de la membrane, une couche supplémentaire assure grâce à sa précontrainte mécanique – et comme sur le modèle de la nature – les «premiers secours» et colmate les fuites jusqu’à la réparation définitive.
Alors que les scientifiques de l’Université de Fribourg en Brisgau se concentrent sur l’étude des aspects biologiques et chimiques du modèle qu’est cette la liane, les chercheurs du «Center for Synergetic Structures» de l’Empa travaillent sur des solutions techniques pour les membranes polymères. Dans cela ils s’intéressent moins aux bateaux et aux matelas pneumatiques qu’aux structures porteuses pneumatiques que sont les poutres Tensairity utilises comme éléments pour des toitures et des ponts légers de construction rapide.
Le but de cette étude était de comprendre dans quelles conditions un trou se referme lors de la dilatation du revêtement de mousse polymère de la membrane. Ce processus a été étudié dans une thèse de doctorat sur une installation d’essai construite à cet effet qui met la membrane sous pression pneumatique pour ensuite la percer à l’aide d’une pointe. Et le «matériau de réparation» approprié a aussi été trouvé: une couche de mousse polyuréthane à deux composants qui est appliquée sur la face intérieure de la membrane.
Des facteurs de réparation élevés ont ainsi été obtenus en laboratoire. A titre d’illustration: alors qu’il est nécessaire de regonfler toutes les cinq minutes un matelas pneumatique de 200 litres percé, il reste suffisamment gonflé durant huit heures avec ce revêtement polyuréthane; la diminution de la pression de pression de 200 à 50 millibar dure suffisamment longtemps pour que l’on puisse y dormir toute la nuit. Les chercheurs ont réuni suffisamment de connaissances sur cette mousse pour nouer des premiers contacts avec des fabricants de membranes et de mousses pour un passage à l’échelle industrielle.
Source : Dr. Rolf Luchsinger – Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA)
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