Une équipe de chercheurs de l’université de Pittsburgh a repensé le concept de béton pour des applications modernes. Les ingénieurs ont conçu un béton métamatériel pour le développement de systèmes d’infrastructure civile intelligents.
Un métamatériau est un matériau conçu pour avoir une propriété qui échappe aux matériaux naturels. La recherche introduit l’utilisation de métamatériaux dans la création de béton, offrant la possibilité de modifier sa fragilité, sa flexibilité et sa façonnabilité pour permettre aux constructeurs d’utiliser moins de matériau sans sacrifier la résistance ou la longévité.
L’étude relative à la recherche – Multifunctional Nanogenerator-Integrated Metamaterial Concrete Systems for Smart Civil Infrastructure – a été publiée dans la revue Advanced Materials.
Selon les chercheurs, l’utilisation du béton dans la construction remonte à des centaines d’années, depuis sa création par les anciens Romains. « L’utilisation massive du béton dans nos projets d’infrastructure implique la nécessité de développer une nouvelle génération de matériaux en béton qui soient plus économiques et durables sur le plan environnemental, tout en offrant des fonctionnalités avancées », a déclaré Amir Alavi, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l’université et auteur de l’étude, dans un communiqué de presse. L’équipe prévoit d’atteindre ces objectifs en introduisant un paradigme métamatériel dans le développement de matériaux de construction pour des scénarios d’utilisation avancés.
Le matériau offre une compressibilité et une capacité de récupération de l’énergie
Le matériau est constitué de « réseaux de polymères auxétiques renforcés, intégrés dans une matrice de ciment conductrice ». Selon l’équipe, une telle conception induit une électrification de contact entre les couches lorsqu’elle est déclenchée mécaniquement, ce qui est encore renforcé par la poudre de graphite qui sert d’électrode dans le système.
Des études ont montré que le matériau peut se comprimer jusqu’à 15 % sous pression et produire une puissance de 330 μW. Les chercheurs affirment que le projet fournit le premier matériau composite qui présente des propriétés de compressibilité et des capacités de récolte d’énergie.
« De tels systèmes de béton légers et mécaniquement réglables peuvent ouvrir la voie à l’utilisation du béton dans diverses applications telles que les matériaux d’ingénierie absorbant les chocs dans les aéroports pour aider à ralentir les avions en fuite ou les systèmes d’isolation des bases sismiques », a déclaré M. Amir.
La production d’énergie est suffisante pour faire fonctionner des applications de faible puissance
Les études ont montré que le matériau est suffisamment efficace pour produire l’électricité nécessaire à l’alimentation des capteurs routiers. En outre, « les signaux électriques autogénérés par le béton métamatériel sous l’effet d’excitations mécaniques peuvent également être utilisés pour surveiller les dommages à l’intérieur de la structure en béton ou pour surveiller les tremblements de terre tout en réduisant leur impact sur les bâtiments ».
Les chercheurs espèrent que ces structures intelligentes contribueront à faire progresser la conduite autonome. En effet, le matériau est capable d’alimenter des « puces intégrées dans les routes pour aider les voitures autonomes à naviguer sur les autoroutes lorsque les signaux GPS sont trop faibles ou que le LIDAR ne fonctionne pas ».
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