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Pour les ours polaires, l’isolation fournie par leur graisse, leur peau et leur fourrure sont une question de survie dans l’Arctique glacial. Pour les ingénieurs, leurs poils sont un modèle de rêve pour les matériaux synthétiques susceptibles de retenir la chaleur tout autant que la version naturelle.

Un isolant synthétique inspiré des ours polaires

À présent, des scientifiques des matériaux en Chine ont mis au point un tel isolant, reproduisant la structure des poils d’ours polaires tout en évoluant vers un matériau composé de nombreux poils pour des applications réelles dans les secteurs de l’architecture et de l’aérospatiale. Leur travail a été publié dans le journal Chem.
«Les poils des ours polaires ont été optimisés pour prévenir les pertes de chaleur par temps froid et humide, ce qui en fait un excellent modèle pour un isolant thermique synthétique», a déclaré le coauteur principal Shu-Hong Yu, professeur de chimie à l’Université des Sciences et technologies de la Chine (USTC).
«En fabriquant des tubes d’aérogel en tubes de carbone, nous pouvons concevoir un matériau analogue, élastique et léger, qui piège la chaleur sans dégrader sensiblement sa durée de vie.»
Contrairement aux poils des humains ou d’autres mammifères, les poils des ours polaires sont creux. En les regardant au microscope, chacun a un long noyau cylindrique percé au centre. On sait depuis longtemps que les formes et l’espacement de ces cavités sont responsables de leur apparence blanche distinctive. Mais ils sont également à l’origine d’une capacité de rétention de la chaleur, d’une résistance à l’eau et d’une extensibilité remarquable, toutes des propriétés souhaitables à imiter dans un isolant thermique.
«Les centres creux limitent les mouvements de chaleur et rendent les poils légers, ce qui constitue l’un des avantages les plus remarquables de la science des matériaux», explique Jian-Wei Liu, professeur associé à l’USTC.

Ils ont fabriqué des millions de tubes de carbone évidés

Pour imiter cette structure et l’adapter à une taille pratique, l’équipe de recherche, également codirigée par Yong Ni, professeur en génie mécanique à l’USTC, a fabriqué des millions de tubes de carbone évidés, chacun équivalent à la taille d’un seul cheveu, et les a enroulé dans un bloc d’aérogel ressemblant à des spaghettis.
Comparés à d’autres aérogels et composants isolants, ils ont constaté que la conception en tube creux inspirée par l’ours polaire était plus légère et plus résistante au flux de chaleur. De plus, il était à peine affecté par l’eau – un élément pratique à la fois pour garder au chaud les ours polaires tout en nageant et pour maintenir les performances d’isolation dans des conditions humides.
En prime, ce nouveau matériau était extraordinairement extensible, encore plus que les poils eux-mêmes, renforçant encore son applicabilité technique. Intensifier le processus de fabrication pour construire des isolateurs à l’échelle du mètre plutôt que du centimètre constituera le prochain défi pour les chercheurs car ils visent des utilisations industrielles pertinentes.

Des applications aérospatiales

«Bien que notre matériau de tube de carbone ne puisse pas être facilement fabriqué en série pour le moment, nous espérons surmonter ces limitations alors que nous travaillons vers des applications aérospatiales.», déclare Yu.
Source : University of Science and Technology of China
Crédit photo : Pixabay

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