« Matériau intelligent : Un matériau dit « intelligent » est un matériau conçu pour être sensible, adaptatif et évolutif. Il s’agit généralement de matériaux polymères1 et/ou composite2, éventuellement piézo-électriques, magnétostrictifs3 ou à mémoire de forme4 qui possède une ou plusieurs propriétés les rendant adaptatifs et/ou évolutifs, et pouvant être considérablement modifiées de manière contrôlée par des stimuli externes, tels que le stress, la température, le mouvement (mécanique), l’humidité, le pH, le champ électrique ou magnétique. Certains matériaux déjà communicants pourraient bientôt être conçus pour contenir des éléments informatiques plus complexes. »
« Le futur : Certains laboratoires travaillent sur des matériaux composites capables de s’auto-réparer. Dans un stade ultime, des nanodispositifs électromécaniques (capteurs, ordinateurs et actionneurs) de toute nature pourront être intégrés dans le matériau lui-même. Le concept le plus élaboré est le matériau polymorphique actif. Ce matériau peut remodeler ses formes et modifier ses propriétés (couleur, rigidité, …) devenant ainsi un objet différent en fonction des besoins de l’utilisateur. »
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1 – Matériau intelligent
Un matériau dit « intelligent » est un matériau conçu pour être sensible, adaptatif et évolutif. Il s’agit généralement de matériaux polymères1 et/ou composite2, éventuellement piézo-électriques, magnétostrictifs3 ou à mémoire de forme4 qui possède une ou plusieurs propriétés les rendant adaptatifs et/ou évolutifs, et pouvant être considérablement modifiées de manière contrôlée par des stimuli externes, tels que le stress, la température, le mouvement (mécanique), l’humidité, le pH, le champ électrique ou magnétique.
Certains matériaux déjà communicants pourraient bientôt être conçus pour contenir des éléments informatiques plus complexes, des actuateurs, des moyens de produire de l’énergie, éventuellement à échelle nanométriques (nanomoteur et micro- ou nanomachines moléculaire permettant éventuellement à un matériau de s’autoassembler pour produire des formes et fonctions différentes).
_ Histoire et prospective
Joël de Rosnay date le début de l’avènement des matériaux intelligents du « début des années 1980 » issus « de travaux menés principalement aux États-Unis dans le domaine de l’aérospatiale et qui concernent aujourd’hui tous les secteurs d’activités »5. Ces matériaux peuvent être bio-inspirés de systèmes moléculaires ou cellulaires existant dans la nature5, notamment dans le monde animal, végétal ou fongique. Dans un futur proche certains de ces matériaux pourraient de plus pouvoir cicatriser, s’autoréparer ou de souder sans colle ni chaleur6, ou encore capter certains gaz7. De la mode à l’habitat en passant par les transports, la biomédecine, la robotique ou le secteur militaire, de nombreux domaines pourraient en être bouleversés5.
Certains de ces matériaux pourraient fusionner avec le corps (Homme augmenté) ou devenir symbiote de l’homme pour produire une forme de ce que J de Rosnay nomme l’homme symbiotique 8.
Source : //fr.wikipedia.org/ Juillet 2020
https://fr.wikipedia.org/wiki/Mat%C3%A9riau_intelligent/
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2 – Des biomatériaux avancés qui offrent de grandes possibilités pour les dispositifs médicaux de nouvelle génération
Les biomatériaux sont au centre d’importantes innovations en sciences de la vie. Dans ce secteur où le vieillissement de la population et la croissance du nombre de maladies chroniques sont des enjeux majeurs pour la santé publique, on peut s’attendre à ce que la demande pour des produits médicaux plus performants augmente, d’où la nécessité de procéder à des recherches à la fine pointe de la technologie. Or, les biomatériaux offrent une multitude de possibilités pour répondre à ces enjeux.
Comme leur nom l’indique, ils résultent d’une synergie entre plusieurs disciplines, telles que la science des matériaux et la biologie, ainsi qu’un ensemble de nouvelles techniques comme la biomécanique, la biophysique et la biochimie. Les biomatériaux sont des matériaux d’origine naturelle ou synthétique utilisés dans les dispositifs médicaux destinés à interagir avec les tissus biologiques. Ces derniers correspondent non seulement aux tissus de soutien comme la peau, les os et les dents, mais aussi au sang, qui comporte plusieurs types de cellules (globules rouges, globules blancs) et diverses substances.
Les biomatériaux peuvent être faits de métal et d’alliages métalliques (acier inoxydable, titane, etc.), de céramique (alumine, phosphate, etc.), de polymères (fonctionnels ou résorbables) ou de matériaux d’origine naturelle (tissus biologiques, chitine, cellulose, etc.). Les exemples de tels matériaux sont nombreux : valves cardiaques, prothèses orthopédiques, lentilles de contact faites à partir d’hydrogel, implants, etc.
Le tableau suivant fournit de nombreux exemples d’applications de cette technologie :
| Domaine médical | Applications |
| Traitement des maladies cardiovasculaires
Chirurgie orthopédique
Ophtalmologie
Autres |
Simulateurs cardiaques, prothèses et endoprothèses vasculaires, cathéters, valves cardiaques, stents
Orthèses, prothèses de hanche, tendons artificiels, matériel de remplacement ou comblement osseux, réparation de fracture, etc.
Implants, lentilles de contact
Biocapteurs, systèmes de libération contrôlée de médicaments, pompes portables et implantables |
Malgré plusieurs avancées notables réalisées ces dernières années, les biomatériaux conventionnels présentent encore de nombreux défis, comme l’intolérance immunitaire, l’infection, la réaction inflammatoire ou l’incompatibilité. C’est pour surmonter ces difficultés et améliorer les résultats des traitements médicaux que les recherches sont entreprises. Elles visent notamment à assurer la sécurité et l’efficacité des biomatériaux dans l’organisme.
Puisqu’ils entrent en contact avec le corps humain, ils doivent répondre à l’exigence de la biocompatibilité. Cette dernière fait référence à la capacité du biomatériau à remplir sa fonction avec une réponse appropriée, c’est-à-dire sans effets adverses sur l’environnement biologique avec lequel il entre en contact. Autrement dit, le corps doit accepter les composantes du biomatériau ainsi que ses produits de dégradation. Ainsi, un biomatériau ne doit pas susciter d’effets tels que des réactions inflammatoires, de l’infection ou le rejet (intolérance immunitaire).
Les nouveaux biomatériaux s’illustrent dans des domaines comme l’ingénierie tissulaire ou la médecine régénérative, le diagnostic médical précoce, le traitement cardiovasculaire, la nanochirurgie, la thérapie cellulaire et même la livraison ciblée de médicaments dans les tissus biologiques. Les développements émergents vont des nouveaux hydrogels aux matériaux intelligents avec des cellules souches, en passant par les résines dentaires biodégradables.
Source : //ville.montreal.qc.ca/ Publié le 15 août 2017/ Juillet 2020
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3 – L’architecture de demain grâce aux matériaux intelligents
Écouter, voir, toucher, communiquer, sentir, autant de différentes techniques permettent d’animer la matière et de créer une relation sensuelle avec son environnement. Tout cela vous semble de la science-fiction, mais c’est pourtant déjà la réalité. Découvrons ensemble quelques-uns des matériaux intelligents qui rendront nos bâtiments écologiques, nos intérieurs design et nos ponts éternels.
_ Définition : Un matériau intelligent est sensible, adaptatif et évolutif. Ce matériau est capable de modifier spontanément ses propriétés physiques (forme, couleur, connectivité) mais il peut également interagir avec son environnement en captant des signaux, traiter, comparer des informations qui peuvent venir de stimulis naturels ou provoqués.
Nature/ Shenzhen Institute of Synthetic Biology | Nature Careers
_ Les solutions existantes : Un plâtre purificateur d’air, un béton transparent, des briques en papier : les architectes n’ont que l’embarras du choix pour imaginer les habitations et les villes de demain.
Le Shenzhen Institute of Advanced Technologie a développé une peinture qui changent de couleur selon votre humeur du jour. Cette peinture dénommée “Caméléon” peut être contrôlée par smartphone. Grâce à un processus électronique les microbilles cristallisées changent de taille pour réfléchir les ondes lumineuses suite à une impulsion électrique.
Caractéristiques : personnalisation à l’infinie de votre intérieur.
Mybluewall propose aux utilisateurs de se connecter à internet grâce à une simple pression de la main sur le mur. L’accès à internet depuis les lieux publics deviendrait possible. Dans les aéroports, Mybluewall informe les voyageurs sur les produits des galeries marchandes. Dans les gares, ce sont les horaires qui sont affichés. En ville, sur les bâtiments, ce sont des cartes interactives, les transports en communs et les hôtels qui seront accessibles à tout moment et à n’importe quel endroit.
Le béton translucide LiTraCon (pour LIght TRAnsmitting CONcrete), inventé par un architecte Hongrois, laisse passer la lumière grâce à ses fibres optiques intégrées tout en préservant les qualités mécaniques d’un béton classique. Caractéristiques : transparence et esthétisme.
Les Bureaux d’études de Saint-Gobain proposent avec l’application mobile “SageGlass®” de contrôler le verre électro-chrome depuis son Smartphone, pour optimiser ensoleillement, performance énergétique et confort au sein des bâtiments. Une simple pression sur le mobile permet de changer l’opacité d’une baie vitrée.
Une route qui brille la nuit pour faciliter la vision nocturne. En témoigne le tronçon de 500 mètres de bitumes sur une autoroute du Pays-Bas. Cette lueur presque «radioactive », selon son inventeur Daan Roosegaarde, est due à l’ajout d’une poudre photo-luminescente intégrée dans la peinture de la chaussée.
Autocar/ The road that charges your electric car | Autocar
Recharger sa voiture électrique tout en roulant grâce à un système de recharge par induction. Des bobines spéciales placées sous le bitume génèrent un champ magnétique qui va alimenter en énergie les voitures qui passent. Cette technologie est déjà employée en Corée du Sud depuis 2013.autroute_phosphorescente
Ces matériaux intelligents forment le ciment des futures villes intelligentes (smart cities). Des villes comme que Songdo en Corée du Sud ou I-City en Malaisie déploient des technologies de l’Internet des objets pour répondre aux défis énergétiques et d’aménagement urbain. Dans ces villes, l’éclairage, le trafic, la qualité de l’air, la distribution des fluides sont analysés et optimisés en permanence par les structures elles-mêmes.
Source : //blog.economie-numerique.net/ PAR DÉSIRÉ BRUCKMANN/ 15 DÉCEMBRE 2015
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4 – Des matériaux intelligents et adaptatifs pour l’industrie européenne de la construction navale
Un projet financé par l’UE a montré comment des matériaux intelligents et des structures peuvent permettre à l’industrie de la construction navale à produire des navires pouvant s’adapter à davantage aux environnements marins.
Le projet ADAM4EVE, qui s’est achevé en décembre 2015, a identifié plus de 20 nouveaux résultats qui ouvriront la voie au développement de nouvelles conceptions de bateaux adaptatives, modernes et efficaces. Ces nouvelles conceptions sont mieux en accord avec la réalité opérationnelle des bateaux; autrement dit, les navires passent habituellement le plus clair de leur temps à fonctionner dans des situations autres que leurs conditions de conception initiale. ADAM4EVE a également pris en compte les problèmes environnementaux tels que les émissions de carbone et la consommation de combustible, ainsi que la sécurité et le confort du passager.
Certains des résultats du projet (comme le verre innovant, les revêtements et les matériaux d’isolation) offrent d’importantes économies d’énergie et semblent suffisamment matures pour être commercialisés. D’autres résultats, par exemple, les structures de coques adaptatives, se sont avérés faisables, mais nécessiteront davantage de recherche, de développement et de tests avant leur introduction sur le marché.
_ Les résultats clés du projet
Un des résultats les plus prometteurs était le développement d’un volet arrière à système pneumatique qui semblerait améliorer l’efficacité des navires RoPax (conçus pour le transport de véhicules) et offrir des économies de carburant. Le volet arrière peut être baissé et replié selon les changements opérationnels du navire. La technologie est également abordable du point de vue de son installation. Utiliser cette technologie signifie que, contrairement aux coques conventionnelles, la performance d’un navire peut être optimisée en fonction des conditions, comme les changements de charge, la profondeur de l’eau, le vent et des vagues.
Un autre développement du projet impliquait la création de systèmes adaptatifs d’amortissement des propulseurs afin d’accroître les niveaux de confort sur les navires de croisière. Les propulseurs d’étrave produisent beaucoup de bruit et de vibrations mais le système de contrôle actif réduirait les vibrations dans les zones où les modes locaux correspondent à la fréquence d’excitation du propulseur d’étrave.
Une nouvelle génération de navires de charge réfrigérés pourrait présenter des ponts innovants composés de panneaux sandwich à base de matériaux à changement de phase (PCM). Les PCM intégrés du panneau permettent de minimiser le transfert de la chaleur ainsi que des économies de refroidissement. Les panneaux composites légers génèrent également d’importantes économies en matière de poids structurel, ce qui augmente la capacité de charge du navire. La corrosion des matériaux composites étant moindre, les coûts de maintenance sont également réduits.
Une quatrième innovation conçue par l’équipe du projet est un nouveau bulbe d’étrave adaptative économique pour les bateaux de navigation intérieure. Les bulbes d’étrave sont utilisés dans les navires de mer, mais pas pour ceux de navigation intérieure en raison de certaines restrictions comme la profondeur de la mer, et la vitesse.
_ D’autres innovations prometteuses
Enfin, d’autres résultats incluent les fenêtres adaptatives pour les voiliers qui permettent d’adapter la transparence des fenêtres pour accroître ou réduire la luminosité, et une hélice de gouverne adaptative offrant une meilleure manœuvrabilité du bateau. L’hélice de gouverne permettra au navire de fonctionner à la hauteur de sa conception lors de ses manœuvres dans le port ou sous un angle de 90 degrés en pleine mer.
Le projet ADAM4EVE a clairement présenté la façon dont l’industrie de la construction navale européenne peut adopter de nouvelles conceptions et une technologie qui permettra à ses bateaux de devenir réellement plus compétitifs, rentables, adaptables, écologiques et sûrs.
Source : //cordis.europa.eu/ Juillet 2020
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5 – Matériaux adaptatifs, matériaux intelligents
_ Matériaux adaptatifs
Les matériaux piézoélectriques génèrent une tension électrique lorsqu’ils subissent une contrainte (déformation mécanique) et inversement ils se déforment quand on leur applique une tension. Ce sont surtout des céramiques mais aussi des polymères. Ils servent à fabriquer des capteurs.
Associés à une électronique de commande, les matériaux piézoélectriques permettent de contrôler les vibrations de structures pour des composants embarqués. Ils peuvent également récupérer l’énergie des vibrations pour augmenter l’autonomie des dispositifs. Les matériaux magnétostrictifs se déforment sous l’action d’un champ magnétique. Ils ont des utilisations similaires à celles des matériaux piézoélectriques.
Les alliages à mémoire de forme, déformés à froid, retrouvent leur forme initiale au-delà d’une certaine température. Cette propriété est due à un changement de phase (c’est-à-dire de structure cristalline) réversible : l’alliage a une forme martensitique à basse température et austénitique à haute température. Ce sont en général des alliages de cuivre, zinc et aluminium, ou de titane et de nickel. Si les déformations ne dépassent pas une certaine amplitude, le processus peut être répété des millions de fois.
Ces alliages sont utilisés en chirurgie pour des stents (prothèses placées à l’intérieur d’une artère) insérés à froid et prenant leur forme définitive à la température du corps. De nombreux polymères ont également des propriétés de mémoire de forme. Certains polymères conducteurs ou ioniques modifient leur forme par un phénomène analogue à la piézoélectricité.
Ce phénomène se manifeste si le matériau est immergé dans un fluide. De tels polymères font l’objet de recherches pour obtenir des muscles artificiels. D’autres polymères se déforment lorsqu’on leur fournit de l’énergie chimique ou électrique. Les polymère nématiques se déforment en fonction de la température ou de l’éclairement.
_ Exemples d’utilisations
Les verres photochromiques changent de couleur en fonction de l’intensité de la lumière. Ils peuvent servir à fabriquer des vitres, des lunettes, des pare-brise automobiles qui s’obscurcissent en fonction de l’intensité du rayonnement solaire. Les textiles intelligents confèrent aux vêtements des fonctions de régulation de température ou d’humidité. Ils peuvent également intégrer des biocapteurs pour une surveillance de l’environnement ou de l’état de santé.
Dans le domaine de la construction, on peut imaginer des revêtements changeant de couleur, absorbant ou réfléchissant la lumière selon la température ambiante et même capables de fournir de l’énergie à partir de différences locales de températures (thermocouples) ou de vibrations naturelles (capteurs piézoélectriques). Une peinture changeant de couleur en fonction du pH peut donner une alerte quand le métal qu’elle recouvre s’oxyde.
![Livre Blanc] L'UIT publie une étude sur les Textiles Intelligents ...](https://www.tictexweb.com/wp-content/uploads/2017/03/Banner-livre-blanc-textiles-intelligents-uit-642x315.png)
_ Capteurs et matériaux véritablement intelligents
L’idée de matériau intelligent est apparue en construction aéronautique à propos des voilures évolutives, s’adaptant en temps réel aux conditions de vol (morphing aircraft). Le but est d’obtenir des ailes d’avion aussi performantes que les ailes d’un oiseau. Le matériau possède des parties sensibles (capteurs) et des parties actives (actionneurs). Un ordinateur analyse les données pour optimiser les modifications de forme. L’objectif est d’intégrer le plus étroitement possible les capteurs dans la structure.
Actuellement les projets sont basés soit sur des réseaux de microcapteurs et de microactuateurs, soit sur des matériaux adaptatifs, par exemple des alliages à mémoire de forme. Les ailes se déforment sous l’action de signaux thermoélectriques. Elles reprennent la forme initiale en l’absence de signal. On peut aussi utiliser des matériaux piézoélectriques qui se dilatent ou se contractent en fonction d’un courant électrique.
_ Le futur
Certains laboratoires travaillent sur des matériaux composites capables de s’auto-réparer. Des microcapsules et des catalyseurs sont dispersés dans le matériau. Quand une fissure apparaît, elle fait éclater les microcapsules. Le matériau de réparation contenu dans les capsules réagit avec le catalyseur pour former un produit qui colmate la fissure. Dans un stade ultime, des nanodispositifs électromécaniques (capteurs, ordinateurs et actionneurs) de toute nature pourront être intégrés dans le matériau lui-même.
Le concept le plus élaboré est le matériau polymorphique actif imaginé par J. Storrs Hall (brouillard intelligent ou utility fog). C’est une structure formée d’un réseau tridimensionnel de bras télescopiques dans laquelle chaque nœud du réseau est un nano-actionneur intelligent. Ce matériau peut remodeler ses formes et modifier ses propriétés (couleur, rigidité, …) devenant ainsi un objet différent en fonction des besoins de l’utilisateur (une chaise se transforme en fauteuil puis en canapé…)
Source : cnrs.fr/ Matériaux adaptatifs, matériaux intelligents/ 7 Janvier 2009/ Publié par Grégory SANT/
http://alltrends.over-blog.net/article-26537337.html/
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“Prémices d’une civilisation vraiment avancée”.
Explications?
Quelques exemples : pour produire de la chaleur ou du froid actuellement, il faut beaucoup d’énergie et un dispositif technologique lourd et complexe.
A partir du soleil, produire du froid ou du chaud quasi-instantanément avec un dispositif technologique ultra simplifié ou stocker efficacement toutes formes d’énergie, peut être perçu comme une avance technologique réelle.
De nouvelles avancées scientifiques et technologiques laissent penser que notre civilisation s’oriente vers ces développements…