Des scientifiques découvrent accidentellement des métaux qui se réparent d'eux-mêmes sans intervention humaine.

Le concept des métaux auto-cicatrisants - ponts, vaisseaux spatiaux ou robots capables de se réparer spontanément - est peut-être un peu plus proche de la réalité. Pour la première fois, des scientifiques ont observé un métal solide réparer ses propres fissures sans intervention humaine, défiant ainsi les théories fondamentales de la science des matériaux.

"Nous n'aurions jamais pensé que le métal puisse réparer lui-même ses fissures", déclare Zhenan Bao, ingénieur chimiste à l'université de Stanford, qui n'a pas participé à la nouvelle étude. Selon la théorie conventionnelle des matériaux, l'application d'une contrainte à un métal fissuré ne peut qu'élargir les fissures. Les nouvelles découvertes "vont certainement amener les gens à repenser la manière dont nous prévoyons la fiabilité mécanique des structures et des équipements métalliques", déclare Bao.

Michael Demkowicz, spécialiste des matériaux à l'université A&M du Texas et coauteur de la nouvelle étude, récemment publiée dans Nature, a théorisé pour la première fois l'autoréparation des métaux il y a dix ans, lorsque ses simulations informatiques ont montré que les métaux solides pouvaient se "souder" d'eux-mêmes pour fermer de petites fissures. Comme les métaux ont généralement besoin de températures élevées pour changer de forme, de nombreux scientifiques pensaient que les simulations étaient erronées, explique M. Demkowicz.

"Je pensais qu'il s'agissait d'un joli modèle de jouet, mais qu'il était très difficile de l'explorer expérimentalement à l'époque", déclare Khalid Hattar, coauteur de l'étude et ingénieur nucléaire à l'université du Tennessee, à Knoxville. C'est alors qu'il est tombé sur des preuves concrètes de la théorie de Demkowicz. En 2016, il a étudié, avec des scientifiques des laboratoires nationaux Sandia, la manière dont les fissures se propagent sur des morceaux de platine de taille nanométrique dans le vide. À l'aide d'un microscope électronique spécialisé, ils ont stimulé le métal 200 fois par seconde et ont observé les fractures se propager en toile d'araignée sur sa surface. Puis, au bout d'une quarantaine de minutes, les dommages ont commencé à disparaître ; les chercheurs ont vu les fissures se reconstituer comme dans une vidéo jouée à l'envers. "Je suppose que Mike avait raison après tout", se souvient Hattar.

La capacité d'auto-réparation semble apparaître lorsque les bords d'une fissure sont suffisamment rapprochés pour que leurs atomes respectifs se lient. Dans certaines zones, les irrégularités de la structure cristalline nette d'un métal se déplacent sous l'effet d'une tension externe, telle que la force exercée par l'usure naturelle. En se déplaçant, ces irrégularités induisent une contrainte de compression qui déclenche l'effet de recollage.

L'équipe de Sandia et Demkowicz ont reproduit leurs observations avec le platine et le cuivre. Les simulations informatiques suggèrent que l'aluminium et l'argent devraient également s'auto-guérir, mais les chercheurs ne savent pas si des alliages tels que l'acier peuvent réaliser cette prouesse. Il n'est pas non plus certain que l'autoréparation puisse jamais être un outil pratique en dehors du vide ; les particules atmosphériques à l'intérieur d'une fissure peuvent l'empêcher de se recoller, explique l'équipe. Quoi qu'il en soit, ce phénomène amènera certains spécialistes des matériaux à repenser ce qu'ils savent du métal. "Dans les bonnes circonstances", déclare M. Demkowicz, "les matériaux peuvent faire des choses auxquelles nous ne nous attendions pas".