Résumé :
Pendant la Seconde Guerre mondiale, les Alliés ont proposé une idée fantaisiste : utiliser un matériau composite appelé Pykrete mélangé à de la glace et de la pâte de bois pour construire un énorme porte-avions à glace résistant aux explosions. Aujourd'hui, inspirés par cette hypothèse historique, les chercheurs scientifiques ont réussi à développer un nouveau matériau de construction technique appelé « super glace » avec un saut qualitatif en termes de performances grâce à la nanotechnologie moderne et aux structures composites d'origine biologique. Sa résistance à la compression est environ 10 fois supérieure à celle de la glace ordinaire et elle a complètement surmonté la faiblesse fatale de la glace traditionnelle qui se brise facilement.
En tant que ressource naturelle extrêmement abondante et bon marché dans les régions extrêmement froides, la glace a longtemps été difficile à utiliser comme matériau structurel porteur fiable en raison de sa grande fragilité. Bien que la glace pure ordinaire ait une certaine dureté, lorsqu'elle est impactée ou soumise à une force inégale, de minuscules fissures internes se propagent à travers elle à une vitesse extrêmement rapide, provoquant l'éclatement catastrophique de la structure entière en un instant sans avertissement. Bien que Parkerite ait prouvé pendant la Seconde Guerre mondiale que la fibre pouvait empêcher la propagation des fissures, sa force de liaison microscopique et ses propriétés physiques étaient encore approximatives en raison des conditions techniques de l'époque.
Afin de surmonter complètement ce goulot d'étranglement lié à la mécanique des matériaux, l'équipe de recherche scientifique est partie de l'échelle moléculaire et nanométrique, en intégrant de la cellulose végétale (telle que des cristaux de nanocellulose) et des molécules protéiques spéciales dans l'eau dans des proportions précises pour la congélation et la cristallisation. Pendant le processus de congélation des molécules d'eau, ces nanofibres biologiques hautement dispersées s'intercalent et s'entrelacent entre les particules de cristaux de glace pour former un réseau renforcé tridimensionnel dense ; dans le même temps, les molécules protéiques assurent une forte adhésion intermoléculaire à l’interface, empêchant efficacement la pénétration continue et l’expansion incontrôlée des microfissures à l’intérieur des cristaux de glace.
Les données d'essais mécaniques montrent que la limite de compression de ce nouveau type de « super glace » est environ dix fois supérieure à celle de la glace ordinaire, ce qui est comparable à la capacité portante mécanique de certains mortiers de ciment de qualité technique. Ce qui est encore plus révolutionnaire est sa résistance : des expériences ont confirmé que le matériau peut absorber une énergie d'impact mécanique 70 fois supérieure à celle de la glace ordinaire avant de se briser et de se détruire complètement. Même lorsque la surface est endommagée par un coup violent, les nanofibres entrelacées à l'intérieur « ancreront » la matrice, présentant des caractéristiques de déformation progressive similaires à celles des matériaux composites résistants, faisant complètement adieu aux propriétés fragiles de la désintégration et du broyage traditionnels de la glace.
En plus de son excellente résistance physique et mécanique, le matériau possède également des attributs écologiques tels qu'une biodégradation pure, zéro émission de carbone et des matériaux locaux. Les chercheurs ont souligné que ce nouveau type de glace renforcée constitue une boîte à outils de matériaux structurels attrayante et peu coûteuse pour la construction d'infrastructures de stations de recherche scientifique polaires, la construction technique temporaire dans les zones de pergélisol alpin, la chaîne du froid polaire et la protection du stockage et du transport, et même l'utilisation technique in situ des ressources de glace d'eau polaire sur la Lune ou sur Mars à l'avenir.
Commentaires