Peu de matériaux composites forgés par la nature sont aussi résistants que la nacre. Aujourd’hui, les scientifiques ont enfin compris comment les minuscules couches de cette substance nacrée la rendent si solide.
Vous trouverez de la nacre sur les revêtements extérieurs des perles et à l’intérieur de certaines coquilles de mollusques, mais jusqu’à présent, les scientifiques ne comprenaient pas vraiment comment elle fonctionne à l’échelle nanométrique, car ce revêtement est très résistant aux contraintes et aux déformations.
Le secret de la ténacité de la nacre réside dans la façon dont la surface carrelée du matériau se verrouille lorsqu’une contrainte est exercée sur elle, lui permettant de répartir la contrainte. Lorsque la surface n’est plus sous pression, elle se détend à nouveau en tuiles individuelles.
Ceci pourrait à son tour nous aider à développer des matériaux super résistants de notre propre cru, en nous inspirant des meilleurs matériaux que la nature a à offrir.
« Il est incroyable qu’un mollusque, qui n’est pas la créature la plus intelligente, fabrique autant de structures à autant d’échelles », déclare le spécialiste des matériaux Robert Hovden de l’Université du Michigan.
« Il fabrique des molécules individuelles de carbonate de calcium, les arrange en feuilles nano-couches qui sont collées ensemble avec des matériaux organiques, jusqu’à la structure de la coquille, qui combine la nacre avec plusieurs autres matériaux. »
Dans des travaux antérieurs, les scientifiques avaient déjà identifié la structure « brique et mortier » de la nacre – des tablettes nanométriques d’aragonite collées entre elles par de la matière organique, ressemblant à un mur de briques si l’on s’approche suffisamment près.
Ce que montre cette nouvelle recherche, c’est cette réaction sous pression, obtenue par des observations au microscope électronique. Le « mortier » s’écrase de côté sous la pression, puis revient lorsque la pression est relâchée.
De manière surprenante et inhabituelle, la nacre ne perd rien de sa résistance à travers ce processus. Les tests ont montré que ses niveaux de résilience n’ont pas diminué, même sous des impacts répétés allant jusqu’à 80 % de sa limite d’élasticité.
Si la surface développe une fissure, la nacre est capable d’isoler la nano-tablette où la fissure se produit, de sorte qu’elle n’affecte pas le reste de la surface.
Dans le communiqué de presse, les chercheurs estiment que la nacre est « le matériau le plus résistant de la nature ». Bien sûr, cela dépend vraiment de la façon dont vous voulez aller mesurer ladite « ténacité » ; par exemple, sur l’échelle de dureté de Mohs, la perle obtient la note assez humble d’environ 2,5, mais cela signifie simplement qu’elle peut être facilement rayée avec n’importe quel minéral plus dur.
Si l’on parle de la résistance d’un matériau, il y a d’autres aspects – le poids qu’un matériau peut supporter, la pression qu’il peut supporter, et ainsi de suite – des dents de patelle à la soie d’araignée, il existe d’autres matériaux naturels qui sont immensément solides ; la nacre peut supporter des impacts mécaniques vraiment impressionnants, d’où sa réputation de dureté.
Maintenant, les scientifiques à l’origine de l’étude veulent utiliser leurs découvertes pour développer des matériaux de fabrication humaine plus résistants – non pas calculés par des simulations informatiques ou des algorithmes, mais inspirés par des millions d’années d’évolution naturelle.
« Nous, les humains, pouvons fabriquer des matériaux plus résistants en utilisant des environnements non naturels, par exemple une chaleur et une pression extrêmes », explique Hovden. « Mais nous ne pouvons pas reproduire le genre de nano-ingénierie que les mollusques ont réalisé. »
« La combinaison des deux approches pourrait conduire à une nouvelle génération spectaculaire de matériaux, et cet article est un pas dans cette direction. »
La recherche a été publiée dans Nature Communications.