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Le nouveau matériau qui imite les plumes d'un oiseau bleu
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont développé un nouveau composant inspiré de la structure complexe du plumage du merlebleu oriental américain
Des scientifiques de l’ETH ont développé un nouveau matériau inspiré des plumes du merlebleu oriental (Photo : Envato)
L'bleu oriental c'est un oiseau particulier : le petit oiseau chanteur se cache parmi ses très rares plumes bleues, le secret pour concevoir des matériaux aux caractéristiques uniques. En effet, la couleur du plumage n'est pas due à un pigment, mais à la structure particulière de ses plumes.
Des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich ont réussi à le reproduire et à obtenir un nouveau matériel qui a démontré des qualités (et des avantages) surprenants.
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Nouveau matériau inspiré des plumes du merle bleu oriental
Observé au microscope, le plumage du bleu oriental (Sialia Sialis) apparaissent traversés par un réseau de canaux d'un diamètre de quelques centaines de nanomètres, soit des milliardièmes de mètre.
La rare couleur bleue de l'oiseau chanteur rural d'Amérique du Nord a attiré l'attention des chercheurs du Laboratoire des matériaux mous et vivants de Institut polytechnique fédéral de Zurich, dirigé par l'ancien professeur de l'ETH Éric Dufresne.
Les scientifiques ont réussi à reproduire le complexe et fascinant structure des plumes du bleu oriental : ils ont développé un nouveau matériau qui présente la même conception structurelle que ses plumes, et qui a démontré une potentiel surprenant dans diverses applications pratiques.
Pour reconstituer le plumage du petit Sialia Sialis, les chercheurs sont partis d'un caoutchouc de silicone transparent qui a la particularité de pouvoir s'étirer et se déformer.
Ils ont ensuite placé le pneu dans un solution huileuse et laissé "gonfler" plusieurs jours dans une étuve à 60°C. Une fois le mélange refroidi, ils ont ensuite extrait le caoutchouc de la solution huileuse.
La nanostructure du caoutchouc, observé au microscope, présentait des structures réticulaires similaires à celles qui donnent aux plumes du merlebleu de l'Est leur couleur bleue caractéristique.
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Une gomme dans une solution huileuse : tout comme l’huile et le vinaigre
La principale différence entre le nouveau matériau et les plumes Sialia Sialis réside dans le épaisseur des canaux formé à sa surface : le matériau synthétique mesure 800 nanomètres, tandis que les plumes du bleu oriental sont juste épaisses Nanomètres 200.
Le principe derrière la création du réseau est le Séparation de phases, cette division entre les composants d'un mélange qui se produit, par exemple, lorsqu'ils se mélangent huile et vinaigre pour assaisonner la salade.
Quels que soient vos efforts, les deux liquides ont tendance à se séparer dès que vous arrêtez de secouer vigoureusement l'émulsion : changer le températureCependant, il est possible de relier et de séparer à nouveau les deux composants.
C'est exactement le procédé que les chercheurs de l'ETH ont suivi pour mélanger le caoutchouc de silicone et la solution huileuse : le résultat de ce processus très délicat est qu'à l'intérieur du caoutchouc, tout un réseau microscopique de canaux, très semblable à celle des plumes du merlebleu oriental.
Comme il l'a expliqué Carla Fernández Rico, l'auteur principal de l'étude publié dans « Nature Materials », les expériences ont montré que c’est possible”contrôler et sélectionner les conditions telles que des canaux se forment pendant la séparation des phases ».
"Nous avons réussi à arrêter la procédure avant que les deux phases ne fusionnent à nouveau complètement», a expliqué le chercheur.
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Une nouvelle méthode de traitement au potentiel surprenant
La nouveauté de ceci méthode de traitement des matériaux suscite beaucoup d'intérêt dans la communauté des physiciens. "Nous avons un système simple composé de seulement deux ingrédients, mais la structure finale obtenue est très complexe et contrôlée par les propriétés des ingrédients.», explique Fernández Rico, «nous avons été contactés par plusieurs groupes de théoriciens qui proposent l'utilisation de modèles physiques pour comprendre les principes clés de ce nouveau processus et prédire son issue ».
Le potentiel de ce caoutchouc spécial créé pour imiter la structure des plumes d'un petit oiseau bleu ne se limite pas à cela : le nouveau matériau a un énorme potentiel en termes de applications techniques et solutions durables.
Un domaine d'application possible est celui de batterie: L'une des principales raisons pour lesquelles les batteries perdent leur capacité de charge avec le temps est que les ions (qui se déplacent entre les électrodes à travers un électrolyte liquide) finissent par réagir avec ce dernier, provoquant un contact physique entre les électrodes.
Une solution possible à ce problème pourrait être remplacer l'électrolyte liquide avec électrolytes solides qui garantissent un bon transport des ions grâce à un capillaire structure du réseau de canaux interconnectés. C’est exactement ce que les chercheurs de l’ETH ont montré.
Une autre application possible de ce matériau inspiré des plumes d'oiseaux est celle des taupes. filtres à eau: dans ce cas ce qui est particulièrement avantageux c'est le rapport surface/volume, ce qui dans les structures de canaux est énorme.
La structure du nouveau matériau, expliquent les scientifiques, permet d'éliminer efficacement les bactéries et les contaminants de l'eau tout en la faisant voyager rapidement.
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Développements futurs de la recherche : essayer avec des polymères naturels
L'un des grands avantages de la nouvelle méthode développée dans les laboratoires de l'ETH Zurich est que le processus est entièrement évolutif« En principe, vous pouvez utiliser un morceau de plastique caoutchouteux de n'importe quelle taille.»Dit Fernandez Rico, même si alors "des récipients et des fours suffisamment grands seraient également nécessaires ».
Le nouveau matériau est encore loin d’être prêt pour le marché : «Bien que le composé gommeux soit bon marché et facile à obtenir, la phase huileuse est assez coûteuse. Quelques alternatives moins chères seraient nécessaires», explique le chercheur.
Une solution pourrait venir de développement de la recherche durable« De nombreux polymères naturels, tels que cellulose ou chitine, ont une structure similaire au caoutchouc utilisé dans notre travail», dit Fernández Rico, et ils constituent certainement une alternative plus durable par rapport aux caoutchoucs de silicone dérivé du pétrole.
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Des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich ont développé un nouveau matériau inspiré de la structure de plumes bleues rares (Photo : Envato)
