Un nouveau textile capable d'ajuster ses propriétés aérodynamiques
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| Points clés à retenir - Des chercheurs de SEAS ont mis au point un textile capable de se creuser comme une balle de golf et de modifier ses propriétés aérodynamiques à la demande. - Ces recherches pourraient déboucher sur de nouveaux matériaux intelligents portables, avec des applications dans le sport et l'ingénierie. |
Imaginez un cycliste sur route ou un skieur alpin dont les vêtements s'adaptent à la vitesse du vent, lui permettant de gagner du temps simplement en tirant ou en étirant le tissu.
Des textiles de pointe sont désormais à portée de main grâce aux chercheurs de l' École d'ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard (SEAS). Menée par David Farrell, doctorant en génie mécanique à la SEAS, une étude publiée dans Advanced Materials décrit un nouveau type de textile qui utilise des alvéoles pour ajuster ses propriétés aérodynamiques une fois porté. Ces recherches pourraient révolutionner non seulement les sports de vitesse, mais aussi des secteurs comme l'aérospatiale, le maritime et le génie civil.
Cette recherche est le fruit d'une collaboration entre les laboratoires de Katia Bertoldi , professeure William et Ami Kuan Danoff de mécanique appliquée, et de Conor J. Walsh , professeur Paul A. Maeder d'ingénierie et de sciences appliquées.
Alvéoles de balle de golf à la demande
David Farrell, dont les recherches portent sur la dynamique des fluides et les matériaux artificiels, ou métamatériaux, a dirigé la création d'un textile unique qui forme des alvéoles à sa surface lorsqu'il est étiré, même lorsqu'il épouse parfaitement les formes du corps. Ce tissu exploite les mêmes principes aérodynamiques qu'une balle de golf : la surface alvéolée de cette dernière lui permet de parcourir une plus grande distance en utilisant les turbulences pour réduire la résistance de l'air. Grâce à sa souplesse et à son élasticité, le tissu peut s'étirer et modeler la taille et la forme des alvéoles à volonté.
D'après les expériences menées par les chercheurs en soufflerie, ajuster la taille des alvéoles permet d'améliorer les performances du tissu à certaines vitesses de vent en réduisant la traînée jusqu'à 20 %.
« Grâce à 3 000 simulations, nous avons pu explorer des milliers de configurations d’alvéoles », assure David Farrell. « Nous avons pu ajuster la taille et la forme des alvéoles. En les testant en soufflerie, nous avons constaté que certaines configurations et alvéoles étaient optimales pour des plages de vitesse de vent spécifiques. »
David Farrell et son équipe ont utilisé une découpeuse laser et une presse à chaud pour créer un tissu bicolore composé d'un tissu noir rigide, semblable à une bretelle de sac à dos, et d'un tricot gris plus souple et confortable. Grâce à un procédé de fabrication en deux étapes, ils ont découpé des motifs dans le tissu tissé et l'ont scellé avec la couche de tricot pour former un composite textile. En expérimentant avec de nombreux échantillons plats à motifs en treillis (carrés, hexagones, etc.), ils ont étudié de manière systématique l'influence des différentes configurations de pavage sur les propriétés mécaniques de chaque matériau textile.
Métamatériau alvéolé à motif nid d'abeille.
Métamatériau alvéolé en forme de sablier.
Motif en treillis
La capacité de ce composite textile à se modeler à la demande résulte d'une structure en treillis dont Katia Bertoldi et d'autres chercheurs ont déjà exploré les propriétés inhabituelles. Un textile traditionnel, lorsqu'on l'étire sur le corps, se lisse et se tend. « Notre composite textile fait exception à cette règle », explique David Farrell. « Sa structure en treillis unique permet au textile de s'étirer autour du bras au lieu de se comprimer. »
« Nous utilisons cette propriété unique que [Katia Bertoldi] et d'autres ont explorée ces 10 dernières années dans le domaine des métamatériaux, et nous l'intégrons aux vêtements connectés d'une manière inédite », conclut David Farrell.