Les éponges de mer inspirent des matériaux ultra résistants pour des bâtiments plus durables

Toutes ces éponges marines qui vivent dans les profondeurs des océans ont un secret : leur forme légère en treillis est étonnamment rigide et solide. Inspirés par ces créatures fascinantes, des chercheurs de l'université RMIT d'Australie ont développé une nouvelle structure permettant de fabriquer des matériaux nettement plus résistants pour des bâtiments plus durables.

L'équipe a étudié comment la structure à double treillis – observée dans le squelette d'une éponge appelée panier de fleurs de Vénus – a démontré non seulement une résistance impressionnante, mais également un comportement auextique – la capacité de se contracter lorsqu'elle est comprimée.

« Alors que la plupart des matériaux s'amincissent lorsqu'ils sont étirés ou s'épaississent lorsqu'ils sont écrasés, comme le caoutchouc, les auxétiques ont l'effet inverse », explique le Dr Jiaming Ma, auteur de l'article sur cette structure en treillis bio-inspirée (BLS) paru dans Composite Structures en janvier. « Les auxétiques peuvent absorber et distribuer efficacement l'énergie d'impact, ce qui les rend extrêmement utiles. »

Une éponge de verre, également connue sous le nom de panier de fleurs de Vénus, qui possède un squelette doté d'une structure en treillis étonnamment solide

L’équipe du RMIT a découvert que lorsque vous combinez des treillis dans une structure similaire à une éponge des grands fonds, le matériau de votre choix peut absorber plus d’énergie et gérer plus de contraintes avant de se déformer.

En utilisant la même quantité de matériau, le BLS offre 13 fois plus de rigidité que les matériaux auxétiques existants (comme ceux utilisés dans les stents cardiaques), absorbe 10 % d'énergie en plus et présente une plage de déformation 60 % plus grande que les conceptions existantes, ce qui signifie qu'il peut se déformer beaucoup plus avant de commencer à se casser.

Le tube squelettique entier d'Euplectella aspergillum (à gauche), une vue agrandie mettant en évidence sa structure régulière en treillis et le motif de cellules ouvertes et fermées alternées

Les chercheurs ont testé cette conception BLS en imprimant en 3D un échantillon en polyuréthane thermoplastique (TPU 95A). Leur prochaine étape consiste à produire des versions en acier de cette conception pour une utilisation avec du béton afin de voir comment elle se comporte comme matériau de construction.

Les chercheurs Mike Xie (à gauche) et le Dr Jiaming Ma (à droite) tiennent un modèle imprimé en 3D de la conception à double treillis de l'équipe

« Nous développons un matériau de construction plus durable en utilisant la combinaison unique de nos caractéristiques exceptionnelles d'auxéticité (1) , de rigidité et d'absorption d'énergie pour réduire l'utilisation d'acier et de ciment dans la construction », a expliqué Ma. « Ses caractéristiques auxétiques et d'absorption d'énergie pourraient également contribuer à amortir les vibrations lors des tremblements de terre. »

La conception BLS pourrait également trouver une utilisation dans les équipements de protection sportive et les produits médicaux qui doivent être légers mais solides.

1. Un matériau qui reste verrouillé en emmagasinant de l’énergie mécanique et que l’on peut déverrouiller sur commande.
   
   A l’instar des aigles qui peuvent garder leurs serres fermées sur leurs proies sans faire travailler leurs muscles, des chercheurs ont mis au point des matériaux qui stockent de l’énergie mécanique en adoptant une position « verrouillée » et qui peuvent ensuite la relâcher sur commande. Leurs travaux constituent une approche originale des matériaux auxétiques.
   
   Les matériaux auxétiques sont des matériaux dont le coefficient de Poisson est négatif. Cela signifie que lorsque l’on les étire, ils deviennent plus épais perpendiculairement à la force d’étirement. Cette propriété, qui s’explique par leur structure interne, se retrouve tant au niveau microscopique dans des molécules simples ou des cristaux par exemple que dans des structures macroscopiques – certaines mousses ou fibres notamment. Ces matériaux présentent des capacités supérieures pour absorber l’énergie, amortir les chocs et résister à la fracture. Leur étude est assez récente et ils sont surtout utilisés comme antichocs (emballages, armures, protège-genoux etc.).

https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2025/feb/sea-sponge-lattice