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En introduisant des nanoparticules dans du ciment ordinaire, des chercheurs de la Northwestern University ont créé un ciment plus intelligent, plus durable et hautement fonctionnel.

Un ciment avec des nanoparticules

« Le rôle de ces nanoparticules dans cette application n’a pas été compris jusqu’à présent, il s’agit donc d’une avancée majeure », a déclaré Ange-Thérèse Akono. « En tant qu’expert en mécanique des fractures de formation, je voulais comprendre comment modifier la production de ciment pour améliorer la réponse à la fracture. »

Les essais de rupture traditionnels, qui consistent à projeter une série de faisceaux lumineux sur un grand bloc de matériau, nécessitent beaucoup de temps et de matériel et aboutissent rarement à la découverte de nouveaux matériaux.

En utilisant une méthode innovante appelée « scratch testing », le laboratoire d’Akono a pu prédire efficacement les propriétés de ce matériau en une fraction du temps. Cette méthode teste la réponse à la rupture en appliquant une sonde conique avec une force verticale croissante contre la surface de morceaux microscopiques de ciment. Mme Akono, qui a mis au point cette nouvelle méthode pendant ses travaux de doctorat, a déclaré qu’elle nécessite moins de matériaux et accélère la découverte de nouveaux matériaux.

« J’ai pu examiner de nombreux matériaux différents en même temps », a déclaré Mme Akono. « Ma méthode est appliquée directement à l’échelle du micromètre et du nanomètre, ce qui permet de gagner un temps considérable. Et sur cette base, nous pouvons comprendre comment les matériaux se comportent, comment ils se fissurent et finalement prédire leur résistance à la rupture. »

Les prédictions établies grâce aux essais de rayure permettent également aux ingénieurs d’apporter aux matériaux des modifications qui améliorent leurs performances à plus grande échelle. Dans l’article de cette étude, les nanoplaquettes de graphène, un matériau qui gagne rapidement en popularité pour former des matériaux intelligents, ont été utilisées pour améliorer la résistance à la rupture du ciment ordinaire. L’incorporation d’une petite quantité de ce nanomatériau a également permis d’améliorer les propriétés de transport de l’eau, notamment la structure des pores et la résistance à la pénétration de l’eau, avec des diminutions relatives de 76 % et 78 %, respectivement.

Pour plusieurs applications

Les implications de cette étude couvrent de nombreux domaines, notamment la construction de bâtiments, l’entretien des routes, l’optimisation des capteurs et des générateurs et la surveillance de la santé structurelle.

Cette recherche a été publiée dans Philosophical Transactions of the Royal Society A.

Source : Northwestern University
Crédit photo : PXhere

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