Le diabolique scarabée en « acier », l’une des créatures les plus résistantes de la nature
Pour les ingénieurs en recherche de matériaux avancés et ultra-résistants, il peut être payant de s’inspirer du monde naturel, et le diabolique scarabée « en acier » n’est pas un mauvais point de départ. Cette créature peut survivre à un écrasement de voiture et les scientifiques ont maintenant percé certains des secrets de cette incroyable résistance, qui, selon eux, ouvre la voie à une nouvelle race de matériaux présentant des caractéristiques similaires.
Les recherches ont été menées par des ingénieurs de l’université de Purdue et se concentrent sur l’exosquelette incroyablement résistant de ce diabolique scarabée « à enveloppe de fer », qui est l’un des plus durs de tous les arthropodes. Auparavant, nous avons vu comment ces structures pouvaient inspirer les systèmes de suspension des véhicules militaires qui peuvent reprendre leur forme après avoir été déformés, et maintenant l’équipe de Purdue a découvert de nouveaux détails sur la façon dont la créature absorbe des impacts aussi énormes.
En utilisant des plaques d’acier compressées et des scanners, l’équipe a observé l’exosquelette de l’insecte à l’œuvre sous des pressions croissantes, et a découvert qu’il peut supporter des charges correspondant au moins à 39 000 fois son propre poids avant de se fracturer – ce qui équivaut à une force appliquée d’environ 150 newtons. À partir de là, l’équipe a utilisé des simulations informatiques et des modèles imprimés en 3D pour isoler les structures détaillées de l’exosquelette, ce qui a mis en évidence le rôle d’une suture connective qui s’étend sur toute la longueur de l’abdomen du scarabée.
Cette suture se trouve entre les deux enveloppes des ailes du coléoptère, appelées élytres, bien que ces insectes n’aient pas d’ailes. Au lieu de cela, la suture relie les élytres et les lames de l’exosquelette en dessous, aidant à distribuer la force uniformément sur le corps du scarabée par le biais de deux mécanismes complexes.
Le coléoptère à la « peau de fer » possède des lames exosquelettes qui s’assemblent comme des pièces de puzzle
Les lames de l’exosquelette s’emboîtent les unes dans les autres comme les pièces d’un puzzle, ce qui les empêche d’être arrachées sous l’effet d’une grande force. Pendant ce temps, la suture et les lames se divisent en couches. Ces deux mécanismes fonctionnent ensemble pour répartir la charge sur le scarabée et éviter des fractures fatales au niveau de son cou.
L’un des domaines dans lesquels l’équipe espère appliquer ces connaissances est celui des turbines à gaz des avions, où les métaux et les matériaux composites doivent être combinés à l’aide d’attaches mécaniques lourdes qui peuvent provoquer des fractures et des tensions au fil du temps.
Les ingénieurs ont créé une fixation en composite de fibres de carbone basée sur la structure exosquelette de l’enveloppe de fer et ont effectué des tests de charge, qui ont montré qu’elle était tout aussi solide et beaucoup plus résistante que les fixations aérospatiales utilisées aujourd’hui.
« Ces travaux montrent que nous pourrions passer de l’utilisation de matériaux solides et fragiles à des matériaux qui peuvent être à la fois solides et résistants en dissipant l’énergie lorsqu’ils se brisent », déclare l’auteur de l’étude, Pablo Zavattieri. « C’est ce que la nature a permis au diabolique scarabée à tête de fer de faire ».
