Fleurs élastiques : le futur des matériaux architecturés ?

Résultat scientifique
Matériaux et structures

Un design inédit pour leur fabrication vient d’être proposé par des chercheurs du CNRS et du Cnam, en collaboration avec l’Université nationale de Singapour. Ces derniers ont imaginé un réseau en nid d’abeille sur lequel sont greffées des formes de fleurs aux pétales flexibles. Pour concevoir cette structure, les chercheurs ont utilisé le caractère auxétique propre à certains matériaux. Lorsque l’on étire un élastique en caoutchouc, il devient plus fin, son diamètre est réduit. De façon surprenante, dans les mêmes conditions, un fil constitué d’un matériau auxétique voit son volume augmenter. Les matériaux architecturés sont habituellement peu résistants et fatiguent rapidement car leurs microstructures présentent des angles vifs qui sont à l’origine de fissures. L’équipe de recherche a réussi, grâce à une méthode mathématique originale, à n’utiliser que des formes régulières lisses : en réponse à une traction, les pétales de la structure se déplient, conduisant à une expansion dans les deux sens du plan. Le réseau en nid d’abeille permet au matériau d’adopter un comportement identique dans toutes les directions lorsqu’il est soumis à une force dans le plan. Ce motif floral permettra, une fois appliqué aux matériaux – fleurs et tiges en polymère ou en métal, d’alléger les structures tout en gardant une bonne résistance aux chocs. Publiés le 15 août dans Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, ces résultats sont prometteurs dans des domaines tels que l’aérospatial et l’automobile. 


© Zhen-Pei Wang

Tapis de fleurs auxétiques réparties en réseau triangulaire (les couleurs correspondent au déplacement horizontal appliqué : rouge vers la droite, bleu vers la gauche).

Références :

Isogeometric shape optimization of smoothed petal auxetic structures via computational periodic homogenization
Z.-P. Wang, L. H. Poh, J. Dirrenberger, Y. Zhu & S. Forest
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering (15 août 2015)
http://dx.doi.org/10.1016/j.cma.2017.05.013

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Communication INSIS
Samuel Forest
Chercheur