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L'œil de l’expert

Les matériaux intelligents : une évolution sociétale

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De tout temps, nos sociétés se sont adaptées, perfectionnées. Les premières civilisations se sont construites grâce aux matériaux naturels accessibles : le bois, la pierre, le cuir, l’os, la corne, le lin ou le chanvre.

Nous avons ensuite connu l’émergence des matières plastiques et des composites avec des implications tout autour de nous, dans le bâtiment, l’automobile, l’aéronautique, le sport, le secteur militaire.

Nous entrons aujourd’hui dans l’avènement de la 3ème génération, celle des matériaux multifonctionnels, capables de s’adapter à leur environnement. C’est l’univers des matériaux intelligents. Il s’agit d’une véritable révolution pour le XXIe siècle, tout aussi importante que celle de la révolution de la communication ou des biotechnologies.

 

La maison de demain

On peut considérer que les maisons du futur ainsi que les bureaux seront peuplés de matériaux interactifs. La maison était d’abord un abri passif pour se protéger du froid ou des intempéries. Elle est devenue active avec l’arrivée des fluides, de l’énergie, de l’eau et du gaz.

Elle s’est dotée de « muscles » avec les robots ménagers. Elle devient réellement interactive avec le téléphone, la télévision et Internet.

Mais les murs eux-mêmes et les cloisons faits de matériaux intelligents vont être dotés de fonctions et de propriétés qui vont révolutionner le bâtiment dans les années à venir. Reliés à des capteurs (impliquant notamment la chimie des pigments thermo-, photo-, et/ou piézo-sensibles), ces matériaux vont bouleverser notre façon de vivre dans les maisons de demain.

À la différence des matériaux passifs capables de lutter contre le bruit ou contre la perte de chaleur (comme le liège ou la laine de verre), les matériaux interactifs pourront s’adapter à leur environnement comme une « peau » sensible. Par exemple, assombrir un vitrage quand la lumière devient trop forte, quand l’énergie thermique extérieure est trop élevée.

 

Les biopolymères du futur

L’une des percées parmi les plus spectaculaires dans le domaine des matériaux intelligents a été réalisée dans le secteur de la chimie des biopolymères. Ces biomatériaux trouvent de nombreuses applications dans les domaines des biotechnologies, de la médecine, de la santé

La soie, le collagène, la cellulose, l’élastine, sont des biomatériaux naturels connus depuis longtemps. Récemment, on s’est aperçu que des biomatériaux de synthèse pouvaient être utilisés pour traiter ou remplacer certains tissus, organes, ou fonctions du corps. Par exemple, certaines capsules de polymères implantées dans l’organisme laissent passer des molécules capables de traiter en permanence des affections du corps. D’autres biomatériaux peuvent servir pour recréer des structures complexes, de type prothèse ou valve cardiaque.

Plusieurs laboratoires et unités de recherche et développement utilisent du collagène, de la cellulose ou même du corail comme matrice à partir de laquelle les cellules naturelles, en se divisant, reconstituent une partie abîmée ou manquante d’un organe. Par exemple, des nez ont pu être reconstruits par croissance de cellules de la peau sur des matrices de ce type, constituant un échafaudage biodégradable.

Les progrès de la chimie, de l’ingénierie moléculaire, des biotechnologies et des nanotechnologies laissent entrevoir des voies nouvelles pour les matériaux du futur. L’ère des matériaux intelligents ne fait que commencer.

L’ADN, les protéines, les polysaccharides, sont des matériaux biologiques intelligents. Ils sont capables de conduire de l’énergie à distance, de réagir à des stimuli venant de l’environnement, de changer de forme, de reconnaître d’autres molécules, de catalyser la fabrication de structures supramoléculaires. L’un des objectifs des chercheurs dans le domaine des matériaux du futur est d’arriver à fabriquer des bio-ordinateurs à ADN et des mémoires de masse utilisant des protéines photosensibles.

 

Les textiles intelligents

Une autre catégorie de matériaux, aux applications spectaculaires pour notre vie quotidienne, sont les « textiles interactifs ».

Il s’agit de polymères capables de changer localement de couleur en fonction d’un certain nombre de paramètres physiques, tels que le passage d’un faible courant électrique, une augmentation de température ou des contraintes mécaniques. A terme, la coloration d’un tissu sera produite par des polymères capables de créer des images, comme s’il s’agissait d’un écran à cristaux liquides d’ordinateur porté sur le dos ou sur la poitrine.

On imagine aisément les applications de ces systèmes dans le secteur militaire, notamment pour le camouflage. Des tenues de combat fabriquées à partir de ces pigments, portant des minuscules caméras vidéo capables de détecter des changements dans l’environnement et d’adapter aussitôt la couleur de la tenue de combat aux conditions dans lesquelles elle se trouve. Le fantassin du futur équipé de structures, de systèmes intelligents devient ainsi une sorte de caméléon capable de se fondre dans son environnement.

On peut imaginer pour l’avenir de combiner des systèmes de traitement d’information fonctionnant à partir de molécules, avec des systèmes servant de base à des textiles interactifs. Il deviendrait ainsi possible de porter sur soi des ordinateurs où les systèmes de communication permettraient à l’homme d’entrer en interface avec les réseaux qui l’entourent. Nous passons progressivement de l’ordinateur et du téléphone portable à l’ordinateur et au téléphone « mettable ».

 

Certaines de ces applications sont encore au stade de recherches, mais ce n’est qu’une question de semaines, d’années pour devenir réalité…
 
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