Matériaux intelligents

24 Février 2006

Tous les lecteurs se souviennent du matériau contenu dans l'habitacle de la nef ummite, qui est censé changer de nature, sous l'action d'un champ électrique, affectant un comportement tixotropique.

Jean-Patrick Pommier m'a signalé l'article suivant, émanant apparemment de l'université d'Alberta :

http://www.cs.ualberta.ca/~database/MEMS/sma_mems/smrt.html

Voilà ce texte en anglais d'abord :


A smart fluid developed in labs at the Michigan Institute of Technology Science and technology have made amazing developments in the design of electronics and machinery using standard materials, which do not have particularly special properties (i.e. steel, aluminum, gold). Imagine the range of possibilities, which exist for special materials that have properties scientists can manipulate. Some such materials have the ability to change shape or size simply by adding a little bit of heat, or to change from a liquid to a solid almost instantly when near a magnet; these materials are called smart materials.

Smart materials have one or more properties that can be dramatically altered. Most everyday materials have physical properties, which cannot be significantly altered; for example if oil is heated it will become a little thinner, whereas a smart material with variable viscosity may turn from a fluid which flows easily to a solid. A variety of smart materials already exist, and are being researched extensively. These include piezoelectric materials, magneto-rheostatic materials, electro-rheostatic materials, and shape memory alloys. Some everyday items are already incorporating smart materials (coffeepots, cars, the International Space Station, eyeglasses) and the number of applications for them is growing steadily.
Each individual type of smart material has a different property which can be significantly altered, such as viscosity, volume, and conductivity. The property that can be altered influences what types of applications the smart material can be used for.


I. Piezoelectric Materials
Piezoelectric materials have two unique properties which are interrelated. When a piezoelectric material is deformed, it gives off a small but measurable electrical discharge. Alternately, when an electrical current is passed through a piezoelectric material it experiences a significant increase in size (up to a 4% change in volume)

Piezoelectric materials are most widely used as sensors in different environments. They are often used to measure fluid compositions, fluid density, fluid viscosity, or the force of an impact. An example of a piezoelectric material in everyday life is the airbag sensor in your car. The material senses the force of an impact on the car and sends and electric charge deploying the airbag.


An illustration of the Piezoelectric Effect


II. Electro-rheostatic and Magneto-rheostatic
Electro-rheostatic (ER) and magneto-rheostatic (MR) materials are fluids, which can experience a dramatic change in their viscosity. These fluids can change from a thick fluid (similar to motor oil) to nearly a solid substance within the span of a millisecond when exposed to a magnetic or electric field; the effect can be completely reversed just as quickly when the field is removed. MR fluids experience a viscosity change when exposed to a magnetic field, while ER fluids experience similar changes in an electric field. The composition of each type of smart fluid varies widely. The most common form of MR fluid consists of tiny iron particles suspended in oil, while ER fluids can be as simple as milk chocolate or cornstarch and oil.

MR fluids are being developed for use in car shocks, damping washing machine vibration, prosthetic limbs, exercise equipment, and surface polishing of machine parts. ER fluids have mainly been developed for use in clutches and valves, as well as engine mounts designed to reduce noise and vibration in vehicles.
The MR fluid is liquid as shown on the left, when no magenetic field is present, but turns solid immediately after being placed in a magnetic field on the right.

III. Shape Memory Alloys
Shape memory alloys (SMA's) are discussed in further detail at the page titled SMA.

© 2001 SMA/MEMS Research Group

Traduction :

 

Un fluide intelligent a été développé dans les laboratoires de di Massachusset Institute of Technology.

Imaginez la gamme des possibilités que recèlent des matériaux qui possèdent des propriétés dont les scientifiques peuvent user. Certains ont la possibilité de changer de forme en ajoutant simplement un peu de chaleur ou de passer de l'état liquide à l'état solide presque instantanément quand ils sont à proximité d'un aimant. On appelle ce matériaux des matériaux intelligents.

Les matériaux intelligents possèdent une ou plusieurs propriétés qu peuvent être profondément modifiées. C'est déjà le cas pour pas mal de produits usuels ou déjà connus. C'est le cas de matériaux piézo-électriques, magneto-rhéostatiques et des alliages à mémoire de forme. Certaines de ces propriétés sont déjà exploitées dans des objets usuels et le nombre d'applications croit rapidement. On peut ainsi modifier la viscosité, le volume, la conductivité.

I - Matériaux piézo-électriques.

Ces matériaux possèdent deux propriétés qui sont liées. Quand on déforme un cristal piézo il engendre une décharge électrique faible, mais mesurable. Inversement quand on fait passer un courant dans un piézo on peut entraîner un changement de volume appeignant 4 % .On utilise les piézo pour détecter une large gamme de variations de paramètres environnementaux. Un exemple est le système qui déclenche l'ouverture de l'airbag dans votre voiture.


II Effet Electro-rhéostatique(ER) et magnéto-rhéostatique (MR)

( rhéo en Grec signifie "écoulement", il s'agit donc d'un changement de viscosité )

Ces fluides peuvent changer d'apparence en passant de l'état d'une huile d'automobile à un aspect quasi solide en un millième de seconde lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique ou magnétique. L'effet est annulé aussi vite qu'il est apparu, que l'effecteur soit un champ électrique ou magnétique. Il existe une large gamme de fluides jouissant de cette propriété. Les fluides MR peuvent être fabriqués en suspendant de fines particules d'acier dans de l'huile tandis que les fluides ER peuvent être aussi simples que du chocolat au lait, du maïs ou de l'huile.

Les fluides MR sont utilisés pour les accidents de voiture, pour amortir les vibrations dans les machines à laver, pour les prothèses, les systèmes de polissage ou des éléments de machines. Les fluides ER ont donné lieu à des applications pour les embrayages, la robineterie, de même que dans des systèmes destinés à atténuer les vibrations dans des moteurs. Dans la figure de gauche, ci-après, on voit l'apparence quand le champ magnétique n'est pas appliqué, puis quand le système est immergé dans un champ magnétique.

 

© 2001 SMA/MEMS Research Group

 

Remarques :

Il y a d'abord un lien évident avec le matériau évoqué dans les textes scientifiques sur le nefs, utilisé pour permettre à des cosmonautes de résister à de très fortes accélérations, ou plutôt à des impulsions d'accélération puisqu'on sait de longue date que les être vivants résistent mieux à des impulsions d'accélération qu'à des actions en continu.

La seconde remarque permet d'imaginer qu'on puisse modifier les caractéristiques mécaniques d'un matériau en le dotant de capillaires emplis d'un fluides ER ou MR. Il deviendrait alors possible de jouer par exemple sur le module d'Young, de modifier la valeur locale de l'impédance acoustique du matériau. On sait par exemple que la principale contrainte en matière d'aéronautique est liée aux efforts lorsque des phénomènes d'aéro-élasticité se manifestent.

Cela fait longtemps que je pense que dans les nefs ummites ce n'est pas l'habitacle toroïdal qui tourne, mais la coque elle-même, la " XOODINAA ". En effet, avant d'opérer un transfert dans le jumeau il faut aligner les spins des particules et, pour ce faire, placer tout le vaisseau dans un champ magnétique uniforme. Ceci ne peut se faire en utilisant un système de solénoïdes, car le champ magnétique ne pourrait pas être uniforme au voisinage de ceux-ci et à l'intérieur des spires.

La solution est donc de charger électriquement la coque de la nef et de la mettre en rotation. Cette mise en rotation est assurée à l'aide du tore de gaz qu'on trouve dans la périphérie de l'engin, comme cela est indiqué dans une lettre que j'avais moi-même reçue. On accélère ce gaz après l'avoir transformé en plasma, en le propulsant par magnétostriction ( comme dans un accélérateur de particules ). La rotation de ce plasma entraîne une mise en rotation inverse de la nef.

Il existe un document où l'équation de la méridienne de la nef est indiquée. Cela fait des années que j'attends qu'un étudiant regarde quelle serait la géométrie du champ magnétique à l'intérieur d'une telle coque, uniformément chargée et mise en rotation. Voilà un travail de recherche simple à faire et j'espère que quelqu'un s'en chargera. Si c'est le cas nous rendrons compte de ce résultats dans le site.

Des gens qui disposent de moyens de calcul en matière de résistance des matériaux pourraient également évaluer les efforts dans une telle coque soumis aux effets de la force centrifuge.

Il ne faut jamais perdre de vue que dans les engins ummites des dispositifs peuvent être "multifonction" et souvent, ils le sont. Il est précis épar exemple que le matériau de la nef est susceptible d'être électrisé "pour faire apparaître différents dessins". Mais, commer suggéré, cette électrisation pourrait avoir une autre finalité.

La mise en rotation rapide de la coque ne saurait s'effectuer sans l'apparitin de trains d'ondes avec possible effets de résonance, pouvant entraîner sa destruction. D'om ce thème du matériau vascularisé, avec modification en temps réel des paramètres élasriques locaux pour éviter des concentrations de contraintes. Tout ceci s'inscrit immanquablement, selon moi, dans notre futur technologique, si ces technologie ne sont pas déjà à l'ouvre dans une aéronautique classée secret défense.

Rien n'empêche, en régime de croisière, d'utiliser cette désolidarisation coque-habitacle toroïdal pour assurer une pesanteur artificielle en mettant cette fois l'habitacle en rotation, la coque restant fixe.


Retour au sommaire textes et travaux scientifiques afférents