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31 Jan, 2024

Des encres nanométriques pourraient alléger les avions de ligne de plusieurs centaines de kilogrammes

Des encres nanométriques pourraient alléger les avions de ligne de plusieurs centaines de kilogrammes

Des encres colorées structurelles ultralégères : imprimables, non iridescentes et inaltérables

Des chercheurs de l’université de Kobe ont créé une nouvelle « encre couleur structurelle », d’une épaisseur de 100 à 200 nanomètres seulement, qui affiche des couleurs vives sous de grands angles de vue, sans se décolorer, tout en pesant moins d’un demi-gramme par mètre carré.

Les peintures et les pigments ordinaires absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière et en reflètent d’autres, mais cela tend à les dégrader au niveau moléculaire, ce qui entraîne une décoloration.

Les couleurs structurelles, en revanche, reflètent tout le spectre de la lumière à partir de nanostructures parallèles, placées juste à la bonne distance les unes des autres pour annuler certaines longueurs d’onde. C’est cet effet qui donne aux ailes des papillons et aux plumes des paons leurs magnifiques teintes chatoyantes.

Comme la lumière n’est pas absorbée, mais seulement réfléchie par les structures, les couleurs ne s’estompent pas, mais l’effet dépend souvent fortement de l’angle de vue, ce qui donne une irisation éblouissante, magnifique dans la nature, mais un peu excentrique pour la plupart des colorants industriels.

Les nanosphères en suspension dans le méthanol ont des couleurs différentes que lorsqu’elles sont appliquées sur une surface en monocouche.

L’équipe de Kobe a étudié une nouvelle façon de créer des couleurs structurelles. Au lieu d’utiliser des nanostructures parallèles, leur méthode utilise de minuscules sphères de silicium cristallin. Grâce à un phénomène appelé résonance de Mie, ces sphères de taille nanométrique reflètent certaines longueurs d’onde beaucoup plus fortement que d’autres, et ces longueurs d’onde varient en fonction de la taille des particules.

En d’autres termes, si l’on modifie la taille de ces particules, on change la couleur du matériau. Il n’y a pas d’effet d’irisation, car les sphères reflètent la lumière dans toutes les directions. Les chercheurs ont prouvé que ces encres pouvaient être imprimées. Fait remarquable, la couleur est plus intense lorsque les nanosphères ont un peu d’espace autour d’elles, plutôt que d’être serrées les unes contre les autres, ce qui signifie que moins c’est mieux.

« Une seule couche de nanoparticules de silicium distribuées de manière éparse, d’une épaisseur de 100 à 200 nanomètres seulement, présente des couleurs vives mais pèse moins d’un demi-gramme par mètre carré », explique Sugimoto Hiroshi, ingénieur en matériaux à Kobe, dans un communiqué de presse. « Cela fait de nos nanosphères de silicium l’une des couches de couleur les plus légères au monde. »

Une micrographie électronique à balayage de la monocouche de nanosphères montre des particules presque parfaitement rondes et de taille uniforme.

Le secteur de l’aviation est un domaine qui réclame des peintures ultralégères. Selon Simple Flying, les avions de ligne transportent entre 272 et 544 kg de peinture – et tout ce qu’un avion transporte a un impact direct sur l’efficacité énergétique.

« Si nous utilisons notre encre à base de nanosphères, explique Sugimoto Hiroshi, nous pourrons peut-être réduire le poids à moins de 10 %.« 

Ainsi, quel que soit l’endroit où l’avion vole, il consommera un peu moins de carburant – à peu près autant que s’il transportait cinq ou six passagers adultes de sexe masculin en moins.

De plus, la peinture classique a tendance à s’estomper, ce qui nécessite des travaux de rénovation pouvant atteindre 455 L (120 gal) de peinture et 200 000 USD. Ces nouvelles encres structurelles ne s’altèrent pas du tout et, bien qu’elles soient certainement plus chères au départ, elles dureront indéfiniment, ce qui permettra d’économiser de l’argent pendant toute la durée de vie de l’avion.

Ces machines sont généralement opérationnelles pendant plusieurs décennies – à condition qu’elles ne portent pas les inscriptions « Boeing », « 737 » et « Max » – et il pourrait donc y avoir un solide argument commercial en faveur de ces encres structurelles ultrafines une fois qu’elles seront prêtes pour la production.

https://www.kobe-u.ac.jp/en/news/article/20240131-21760/

https://simpleflying.com/why-most-aircraft-are-painted-white/