Les matériaux intelligents

Les matériaux intelligents, c’est quoi ?

SAMSUNG CSCUn matériau dit « intelligent » (pigment, encre, peinture, revêtement…) est capable de  changer spontanément ses propriétés physiques (notamment sa forme, sa viscosité, sa couleur..) en réponse à des excitations naturelles ou provoquées. Celles-ci peuvent venir de l’extérieur ou de l’intérieur du matériau : variations de température, de contraintes mécaniques, de champs électriques ou magnétiques.

Cette génération s’oppose aux matériaux classiques, inertes par définition, dont les propriétés restent toujours les mêmes quelles que soient les sollicitations auxquelles le matériau est soumis.

Un matériau intelligent est donc en capacité d’adapter sa réponse, de signaler une modification apparue dans l’environnement et dans certains cas, de provoquer une action de correction. Il peut se comporter comme un capteur (détecter des signaux), un actionneur (effectuer une action sur son environnement) ou parfois comme un processeur (traiter, comparer, stocker des informations).

L’exemple des matériaux X-chromes

L’une des familles des matériaux intelligents particulièrement importante est celle des matériaux X-chromes. Ces matériaux ont la capacité de changer de couleur sous l’effet d’une excitation extérieure (température, lumière, pression, taux d’humidité, etc.). 

Une telle génération de matériaux bouleverse complètement les repères. Notre monde environnant est aujourd’hui constitué d’une couleur unique. Avec les X-Chromes, c’est une véritable intelligence des couleurs qui s’offre à nous.

La couleur de ces matériaux devient « adaptative/interactive » avec des propriétés réversible, irréversible ou à effet mémoire. Il est ainsi possible de détecter par un simple changement de couleur des faiblesses de structure dans le revêtement d’un avion, un dépassement d’un seuil de température pour signaler le risque de brûlure…

Quelques applications de matériaux intelligents

La liste des matériaux intelligents ne cesse de s’allonger, tout comme le champ des applications dans l’industrie, l’habitat, le médical, la biologie ou les loisirs. C’est une vraie révolution à l’échelle des matériaux qui va changer rapidement notre quotidien.

Certains matériaux intelligents sont, par exemple, sensibles au glucose pour une libération contrôlée de l’insuline, ou aux champs électriques ou magnétiques pour la libération de médicaments.

Dans le domaine du bâtiment et de l’amélioration énergétique, certains polymères ioniques permettent de rendre le vitrage d’une fenêtre intelligente. La matière est en capacité d’être opaque ou transparente en quelques secondes pour une meilleure gestion de la lumière dans un bâtiment.

Avec les textiles intelligents, les vêtements tendent de plus en plus à devenir actifs, et prennent soin de nous. Des capteurs incorporés enregistrent nos rythmes cardiaque et respiratoire, des LED intégrés dans une couverture soignent la jaunisse des nouveau-nés, des pastilles thermosensibles changent de couleur en fonction de la température ou de l’exposition aux UV et nous évitent le coup de chaleur…

Les matériaux intelligents, une innovation de rupture

Au travers de ces quelques exemples, c’est tout un champ d’applications qui  s’offre à nous. Mais tout n’est pas aussi simple. Il convient de garder en mémoire qu’il s’agit d’un nouvel univers en plein essor, qui constitue une véritable innovation de rupture.

Si l’on considère par exemple l’univers de la couleur, la manipulation d’un pigment X-chrome est loin d’être simple. Fiabiliser une  production impose d’appréhender les mécanismes complexes mises en jeu au sein de ces matériaux, sous peine de ne rien maîtriser. Nous sommes loin des enjeux classiques de formulation d’une charge pigmentaire dans une peinture et/ou une encre. Il s’agit plus de thermodynamique des phénomènes de transition de phase, de cascade photochimique…

Cela impose également de manipuler de nouveaux outils de caractérisations. Par exemple, la couleur d‘un matériau en industrie est souvent contrôlée par colorimétrie, mais qu’en est-il d’une matière qui change en fonction de son environnement ? L’implémentation de cette innovation de rupture dans le monde industriel n’est pas aussi simple. Elle nécessite d’adapter les chaînes de production, de former les équipes…

Une autre difficulté majeure est la sensibilité de la matière intelligente à son environnement. Chaque changement de matières premières, de milieu réactionnel, de forces de cisaillement, de traitements thermiques va entraîner une instabilité de la production.

L’enjeu est de maîtriser l’interactivité de ces matériaux jusqu’au produit fini. Cela impose de contrôler tout au long de la chaîne de fabrication le maintien de la propriété « intelligente » recherchée : couleur mise en jeu, seuil de déclenchement, vitesse, réversibilité/irréversibilité.

Mais rien n’est insurmontable. Ces difficultés sont autant de barrières à l’entrée pour un concurrent qui souhaiterait copier votre innovation. En intégrant un matériau intelligent sur l’un de vos produits, c’est accéder à l’interactivité, c’est un moyen « de relooker » un article, de le « rajeunir ».


Pour en savoir plus sur les matériaux intelligents

LES MATÉRIAUX INTELLIGENTS : UNE ÉVOLUTION SOCIÉTALE

L’INTELLIGENCE DES COULEURS

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