De nouveaux matériaux très résistants inspirés des os
Grâce à une nouvelle compréhension de la façon dont les os conservent leur résistance, nous verrons peut-être un jour des matériaux d’inspiration osseuse utilisés dans la fabrication de produits plus durables comme les ailes d’avion. Ces résultats pourraient également mener à de meilleurs traitements pour des maladies comme l’ostéoporose.
Des matériaux inspirés par les os
La structure interne d’un os en treillis se compose généralement d’un réseau d’entretoises verticales en forme de plaques et d’entretoises horizontales plus minces en forme de tiges qui passent entre elles. Lorsqu’un os reçoit une seule charge lourde à la fois, c’est en grande partie la densité des entretoises verticale qui détermine s’il va se briser ou non. Auparavant, on pensait que les entretoises horizontales avaient peu d’effet sur la solidité osseuse.
Cependant, à l’aide de modèles informatiques, des chercheurs de l’Université Cornell de New York ont récemment déterminé que plus la densité des entretoises horizontales est élevée, plus le nombre de petits cycles de charge qu’un os peut subir au fil du temps avant de se rompre est élevé, ce qu’on appelle sa durée de vie en fatigue.
« Si l’on pense au nombre de cycles de charge de faible amplitude qu’un objet peut supporter, ce sont ces petites différences qui comptent vraiment », explique le scientifique principal, le professeur Christopher J. Hernandez. « Quand les gens vieillissent, ils perdent d’abord ces entretoises horizontales, ce qui augmente la probabilité que l’os se brise sous l’effet de multiples charges cycliques. »
Une durée de vie en fatigue 100 fois supérieure
Afin de mettre les données du modèle informatique à l’épreuve, les chercheurs ont imprimé en 3D de multiples échantillons d’un matériau en polymère d’uréthane d’inspiration osseuse, puis les ont soumis à des cycles de charge répétés. Ils ont constaté qu’en augmentant l’épaisseur des entretoises horizontales, la durée de vie en fatigue du matériau pouvait être augmentée jusqu’à 100 fois.
On espère maintenant que les conclusions de l’équipe pourront inspirer des matériaux fabriqués par l’homme qui seront en mesure de résister à de multiples charges au cours de leur vie utile. Hernandez cite l’exemple des matériaux aérospatiaux, car il affirme qu’une aile d’avion subit des milliers de cycles de charges à chaque vol ». Cette découverte pourrait également aider à développer des traitements contre les troubles osseux.
Cette recherche a été publiée dans PNAS.
Source : Cornell University
Crédit photo : Pixabay