Les matériaux façonnent les civilisations

Plutôt que de rechercher de nouveaux matériaux, les spécialistes des matériaux se concentrent aujourd'hui sur le développement de matériaux existants par le biais de nouveaux procédés révolutionnaires. Les résultats de leurs travaux changeront sans aucun doute le monde qui nous entoure - et contribueront peut-être à le sauver.

Le développement de nouveaux matériaux est peut-être l'une des entreprises les plus importantes de l'humanité, car il définit des périodes historiques et modifie l'aspect du monde qui nous entoure. Après tout, les âges de la pierre, du fer et du bronze ont été nommés ainsi en raison des matériaux qui étaient les plus utilisés à cette époque.

Lorsqu'il s'agit de réfléchir aujourd'hui aux matériaux de demain, l'accent est mis sur la durabilité. La science des matériaux est essentielle pour rendre possibles des systèmes énergétiques sûrs, propres et efficaces, ainsi que pour rendre durables toute une série d'industries, des transports à l'industrie manufacturière.

Annika Borgenstam est professeur au département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Institut royal de technologie KTH de Stockholm. Elle prend la Tour Eiffel comme exemple de la façon dont la science des matériaux peut conduire à un monde plus durable.

"Si nous utilisions les aciers avancés à haute résistance dont nous disposons aujourd'hui, nous pourrions construire quatre tours Eiffel avec la même quantité de matériaux que celle utilisée à l'origine", dit-elle, "Construire des bâtiments plus légers signifie que moins de transport de matériaux est nécessaire, et que moins de matériaux doivent être produits. Ces deux facteurs entraînent une réduction des émissions de CO₂. Un acier plus solide signifie également que les avions, les voitures et autres pèseront moins lourd, ce qui signifie moins d'émissions de CO₂."

Une restructuration radicale

Les spécialistes des matériaux recherchent des matériaux plus légers, capables de résister à des températures plus élevées et à des atmosphères plus corrosives.

Mais plutôt que de chercher à développer de nouveaux matériaux, l'industrie se concentre aujourd'hui sur la restructuration (souvent radicale) des matériaux existants, à l'aide de nouveaux procédés révolutionnaires tels que la fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D, et la modélisation computationnelle.

"La fabrication additive offrira de toutes nouvelles possibilités d'utilisation des mêmes types de matériaux que ceux dont nous disposons aujourd'hui, en leur conférant les propriétés dont nous avons besoin", explique M. Borgenstam.

Additive manufacturing has opened up completely new ways of using the same types of materials that we have today, by building in certain properties and allowing products to be topologically optimized.

L'une des raisons pour lesquelles la science des matériaux se concentre aujourd'hui sur les nouveaux processus et le développement des matériaux existants est que le développement de matériaux entièrement nouveaux peut prendre de nombreuses années. Et tandis que l'on s'efforce de remplacer certains matériaux rares tels que le cobalt, utilisé dans les outils de coupe et les batteries des voitures électriques, les spécialistes de la science des matériaux se concentrent également de plus en plus sur le recyclage des matériaux.

Difficile de concurrencer l'acier

Mme Borgenstam cite l'acier comme exemple de matériau existant pour lequel il n'est pas nécessaire de trouver un remplaçant : "L'acier est entièrement recyclable, bon marché et abondant, et nous pouvons le produire avec un large éventail de propriétés différentes", explique-t-elle, "il est difficile de rivaliser avec lui". L'acier peut encore être amélioré. Nous sommes loin d'avoir atteint sa résistance théorique.

L'un des principaux problèmes auxquels se heurte le développement de nouveaux matériaux est peut-être la pénurie de jeunes possédant les compétences requises pour entreprendre les recherches nécessaires. Il n'est pas facile de recruter des jeunes dans le domaine des matériaux", explique Mme Borgenstam, "ce secteur n'est pas aussi connu que la physique et la chimie, et certains de ses aspects, comme l'industrie sidérurgique, sont parfois présentés de manière négative dans les médias".

Pourtant, ajoute-t-elle, il s'agit d'un domaine dans lequel les jeunes scientifiques et ingénieurs peuvent avoir un impact considérable sur le monde qui les entoure : "Je conseillerais aux jeunes de s'orienter vers la science des matériaux pour sauver le monde, parce qu'ils peuvent vraiment avoir un impact sur le développement durable et la protection de l'environnement. L'utilisation de meilleurs matériaux a tellement d'effets positifs que nous devons leur montrer".