Qu'est-ce que le verre métallique ? - Ashwini Bharathula

Voir l'intégralité du cours : http://ed.ted.com/lessons/what-is-metallic-glass-ashwini-bharathula

L'acier et le plastique sont des éléments essentiels dans la fabrication de nos infrastructures et technologies. L'acier est solide et dur, mais difficile à manipuler. Le plastique peut prendre n'importe quelle forme, mais est fragile et mou. Ne serait-il pas pratique d'avoir une matière aussi solide que le plus résistant des aciers et aussi malléable que le plastique ? Ashwini Bharathula évoque l'avenir du verre métallique.

Cours d'Ashwini Bharathula, animation de Tinmouse Animation Studio.

Acier et plastique.

Ces deux matières sont essentielles
à nos infrastructures et technologies,

et disposent d'un ensemble de forces
et de faiblesses complémentaires.

L'acier est solide et dur,

mais est difficile à manipuler.

Le plastique, quant à lui,
peut prendre n'importe quelle forme,

mais est fragile et mou.

Ne serait-il pas pratique
s'il existait une matière

aussi solide que
le plus résistant des aciers

et aussi malléable que le plastique ?

Beaucoup de scientifiques
et de technologues

sont emballés par une invention
relativement récente

appelée verre métallique,

qui détient ces deux propriétés,
parmi d'autres.

Les verres métalliques sont brillants
et opaques, comme les métaux.

Et tout comme les métaux,
ils conduisent chaleur et électricité.

Ils sont bien plus solides
que la plupart des métaux,

ce qui signifie qu'ils peuvent
supporter beaucoup de force

sans se tordre ou s'abimer,

rendant les scalpels très coupants,

et les boîtiers électroniques
très résistants,

mais aussi des gonds,

des vis,

la liste est longue.

Les verres métalliques possèdent
aussi une incroyable capacité

de stockage et de libération
d'énergie élastique,

les rendant parfaits
pour les équipements sportifs,

comme les raquettes de tennis,

les clubs de golf,

et les skis.

Ils résistent à la corrosion

et prennent n'importe quelle forme
complexe, avec une surface miroitante,

en une seule étape de moulage.

En dépit de leur résistance
à chaleur ambiante,

si on augmente la température
de quelques degrés Celsius,

ils ramollissent considérablement,

et peuvent être déformés
pour prendre n'importe quelle forme.

Refroidissez-les de nouveau,

et ils récupèrent leur résistance.

D'où viennent donc
ces merveilleuses propriétés ?

En substance, elles sont liées
à la structure atomique unique

du verre métallique.

La plupart des métaux sont cristallins
lorsqu'ils sont solides.

Si vous regardiez de plus près
pour observer les différents atomes,

ils seraient alignés de manière
ordonnée et méthodique

s'étendant dans toute la matière.

La glace est cristalline,

tout comme les diamants,

et le sel.

Si vous chauffez ces matériaux
et les faites fondre,

les atomes peuvent bouger
librement et aléatoirement

mais lorsque vous les refroidissez,

les atomes se réorganisent,

rétablissant le cristal.

Si on pouvait refroidir
un métal en fusion si vite

que les atomes ne pourraient pas
retrouver leur place initiale,

pour que le matériau soit solide,

mais avec la structure interne
chaotique et amorphe d'un liquide ?

C'est le verre métallique.

Cette structure a un atout supplémentaire,
manquer de limites de grain

dont tous les métaux disposent.

Ce sont des points fragiles où le métal
est plus sensible aux rayures

ou à la corrosion.

Le premier verre métallique a été fait
en 1960 à partir d'or et de silicium.

Ce ne fut pas facile à faire.

Les atomes de métal se cristallisent
tellement vite,

que les scientifiques ont dû refroidir
l'alliage très vite,

d'un million de degrés Kelvin par seconde,

en envoyant de petites gouttes
sur des plaques de cuivre froides,

ou en faisant tourner
des rubans ultra fins.

À cette époque, les verres métalliques
ne dépassaient pas dix ou cent microns,

ce qui est beaucoup trop fin
pour la plupart des utilisations.

Mais depuis,
les scientifiques ont trouvé

qu'en alliant plusieurs métaux
qui se mélangent librement,

mais ne peuvent pas se cristalliser,

souvent parce que la taille
de leurs atomes diffèrent,

le mélange cristallise plus lentement.

Cela signifie que vous n'avez pas
à le refroidir aussi vite,

le matériau peut être plus épais,

centimètres au lieu de microns.

Ces matériaux sont appelés
verres métalliques massifs ou BMG.

Il existe des centaines de BMG différents,

pourquoi ne fabrique-t-on pas
nos ponts et nos voitures avec?

Beaucoup des BMG disponibles
sont faits à partir de métaux couteux,

comme le palladium et le zirconium,

ils doivent être vraiment purs

car les impuretés peuvent provoquer
la cristallisation.

Un gratte-ciel ou une navette spatiale
faite en BMG couterait très cher.

Et malgré leur résistance,

ils ne sont pas encore assez forts
pour porter de lourdes charges.

Quand les contraintes sont fortes,
ils cassent sans prévenir,

ce qui n'est pas idéal
dans le cas d'un pont.

Quand les ingénieurs trouveront comment
faire des BMG avec des métaux moins chers,

et comment les rendre
plus résistants,

pour ces super matériaux,

le ciel sera la limite.