Du bois plus dur que l'acier

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Du bois plus dur que l'acier

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Pétrifier le bois avec la technologie qui existe actuellement au Chili représentait un défi majeur, mais les étudiants d'ingénierie mécanique de l'Université du Chili, Rodrigo Mena et Juan Esteban Toro, ont décidé de le prendre comme une partie de leur travaux de thèse.

Le défi a été posé par le professeur Marco Antonio Béjar qui cherchait une façon de fabriquer des éléments résistants aux hautes températures, dans le but de fabriquer un four qui fonctionne à plus de 1.200 °C. En effet, dans les fours "normaux" qui utilisent un radiateur métallique, il se produit une oxydation très accélérée au moment où la température atteint plus de 1.200°C. Ceci provoque la destruction du chauffage.

Le professeur Béjar a commencé à approfondir le sujet jusqu'à obtenir un matériel plus adapté à son objectif : le carbure de silicium, une céramique conducteur d'électricité, qui peut se chauffer et est très stable à l'oxydation. Béjar a commencé par travailler avec des étudiants de physique dans le but de démontrer qu'il est possible d'obtenir ce matériel à partir du bois. Cela avait déjà été fait à un niveau international, mais avec des équipements beaucoup plus sophistiqués, qui ne sont pas très disponibles au Chili.

Il existait déjà au Chili des expériences sur la pétrification du bois. Celles-ci étaient orientées pour trouver un matériel de construction qui retarde la combustion, en imprégnant le bois d'une solution riche en silicium pour le rendre plus résistant au feu. Ce que les étudiants ont fait est similaire à ce qui se passe quand la lave d'un volcan enveloppe un arbre et le pétrifie. La lave l'attrape et le brûle sans avoir un contact avec l'oxygène. Le bois perd son hydrogène, l'oxygène et il reste le charbon. Comme en même temps la lave est riche en silicium, elle l'imprègne et en étant a une haute température, il se forme la synthèse du carbure de silicium. Alors le bois se transforme en céramique. Rodrigo et Juan Esteban ont fait la même chose, mais d'une façon contrôlée.

A la recherche d'un faible impact sur l'environnement:

Produire de nouveaux matériels d'ingénierie à partir de déchets afin de diminuer l'impact sur l'environnement a été la principale motivation des jeunes chercheurs Rodrigo Mena et Juan Esteban Toro. La nature s'est transformée en un modèle pour concevoir des structures. Des millions d'années d'évolution ont produit des structures parfaitement adaptées à leurs fonction et aux charges qu'elles doivent supporter. C'est pour cela que la conception de nouveaux matériaux céramiques ayant une structure et des propriétés fonctionnelles propres à la structure cellulaire du bois a pris de plus en plus d'intérêt.

Le bois possède une structure cellulaire, avec une série de pores tubulaires allongés, interconnectés et alignés à l'axe du tronc. Cette configuration offre la possibilité d'utiliser plusieurs techniques d'infiltration afin de transformer sa structure bio-organique en un matériel inorganique ayant des propriétés physiques et mécaniques adaptées.

Le processus de fabrication a consisté à transformer le bois (hêtre et pin) en charbon, pour ensuite remplir sa porosité avec du silicium et, finalement, le chauffer à 1.600°C. Pour développer ce projet de recherche, les jeunes chercheurs on eu recours aux équipements de la Commission Chilienne d'Energie Nucléaire, qui leur ont mis à disposition un four à haute température pour réaliser l'expérience.

Le SIC biomorphique qui a été obtenu possède d'excellentes propriétés élastiques, une grande résistance mécanique et au choc thermique, une bonne résistance et une grande légèreté. Le processus pour l'obtenir est assez simple et économique en comparaison avec les méthodes traditionnelles du SIC, qui se font à partir de poudre d'une grande pureté dont les températures et pression de synthèse sont plus importantes.

Les résultats seront présentés en fin de thèse en mars et les jeunes chercheurs projettent déjà quelques applications pour ce produit, tels que des philtres à hautes températures, des résistances électriques pour four...

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