Projet ANR-07-BLAN-0185 – NACRE : Matériaux Biomimétiques Hiérarchiques obtenus par Congélation
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PROVENCE CORSE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PROVENCE CORSE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique
Montant : 350000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : Le design de matériaux et systèmes biomimétiques a ces dernières années -  été l'objet d'attentions accrues. Les structures, propriétés et fonctions -  rencontrées dans la nature sont de plus en plus attractives pour des -  applications non-biologiques : contrôle des structures à de nombreuses -  échelles, adaptation à l'environnement, conditions douces d'élaboration, -  utilisation de matériaux biodégradables, capacité à l'autoréparation, etc... -  Le champ des fonctions résultantes de ces procédés d'élaboration naturels -  est extrêmement large : mécaniques, structurales, optiques, chimiques -  (conversion d'énergie), transport. Les solutions naturelles sont la résultante -  de millions d'années d'évolution, et peuvent à ce titre être considérées -  comme optimales pour les fonctions visées. La nacre est un cas d'école -  pour le design biomimétique. Son architecture hiérarchique unique -  représente l'optimum pour compenser les faiblesses intrinsèques des -  matériaux. Aucun matériau synthétique ne présente une telle hiérarchie -  structurale, et pourtant le message de la nature est clair l'association de -  mécanismes présents à de nombreuses échelles permettra seule -  l'obtention de nouveaux matériaux hybrides aux propriétés fonctionnelles -  uniques. L'obstacle majeur au développement de systèmes biomimétiques -  est l'absence de procédés d'élaboration pour implémenter les designs -  biomimétiques. Le procédé que nous présentons pour élaborer des -  matériaux biomimétiques hiérarchiques est un procédé d'auto-assemblage, -  inspiré par un phénomène naturel, la congélation de l'eau de mer, où les -  diverses impuretés sont rejetées par les cristaux de glace et emprisonnées -  entre les canaux présents entre ces cristaux lamellaires. Remplaçant les -  impuretés par des poudres céramiques, nous utilisons cette ségrégation -  naturelle, tout en utilisant la glace comme agent structurant. La congélation -  contrôlée de barbotines céramiques produit deux réseaux interpénétrés de -  glace et de particules. Après sublimation et frittage, un squelette à -  l'architecture complexe et souvent anisotropique est obtenu. Les matériaux -  ainsi obtenus présentent de nombreuses similarités structurales avec la -  nacre, notamment du point de vue hiérarchique. Cette hiérarchie peut alors -  être mise à profit soit pour optimiser une fonctionnalité (résistance -  mécanique), soit pour introduire une multifonctionnalité, où chacune des -  fonctions est associée à un degré de hiérarchie. Les résultats préliminaires -  ont révélé des améliorations spectaculaires des propriétés de structure -  (augmentation de 400% de la contrainte en compression). Nous croyons -  que par ce procédé de congélation, il est possible de contrôler et optimiser -  les propriétés fonctionnelles des matériaux pour un grand nombre -  d'applications. Ce projet est centré sur le contrôle, le développement et -  l'évaluation du procédé de congélation pour élaborer des matériaux -  biomimétiques hiérarchiques, présentant des propriétés supérieures, et sur -  la caractérisation des matériaux résultants. Une approche multi-échelle est -  nécessaire pour appréhender les mécanismes ayant lieu à de nombreuses -  échelles dimensionnelles. En particulier, le coeur du procédé  l'interaction -  entre le font de solidification et les particules céramiques sera caractérisé -  in situ et ex situ, ce qui n'a encore jamais été réalisé. Le savoir dérivé de -  ces expériences sera bénéfique pour d'autres domaines concernés par la -  croissance cristalline, d'un point de vue scientifique (aspects -  phénoménologiques) comme technique, avec le développement de -  techniques innovantes de microscopies électronique et atomique (y compris -  cryogénique) et de tomographie. Des conséquences peuvent donc être -  attendues pour des applications allant de la microélectronique à -  l'élaboration des métaux et la cryopréservation de matériaux biologiques. -  La caractérisation tridimensionnelle de