Des gants de protection inspirés des écailles de poisson

Des gants recouverts de céramique offrent une meilleure protection contre les perforations

Tout a commencé avec le bar rayé. Pendant deux ans, les scientifiques ont étudié environ 50 poissons, perforant et mettant en pièces des centaines d’écailles avant de les analyser au microscope afin de mieux comprendre leurs propriétés et leur mécanique. « Les poissonniers devaient se demander ce que nous fabriquions avec tous ces bars», affirme François Barthelat en esquissant un léger sourire. Le Pr Barthelat, qui enseigne au Département de génie mécanique de l’Université McGill, n’est pas le seul à se tourner vers la nature pour trouver des solutions aux  problèmes techniques auxquels les scientifiques sont confrontés. Depuis plusieurs années, il cherche à reproduire avec son équipe le type de protection et la flexibilité offerts par les écailles de certains animaux. Leur objectif : concevoir des gants de protection résistants aux perforations tout en étant assez souples pour être utilisés par les travailleurs industriels. Après cinq ans de labeur, ils pensent avoir touché au but.

En fait, c’est une analyse plus approfondie des écailles de l’alligator gar qui a permis aux chercheurs de trouver la solution.

Dans les petits pots, les meilleurs onguents

Les chercheurs ont été en mesure d’élucider d’importants mécanismes grâce auxquels les écailles de poisson peuvent se déformer, interagir entre elles et se briser. Ils ont mis au point une technique permettant de couvrir de grandes surfaces au avec des tuiles de céramique disposées se chevauchant. À l’aide de modèles informatiques, les scientifiques ont pu déterminer la taille et la forme idéales des pièces de céramique ainsi que la disposition et le type de chevauchement optimaux de ces dernières pour la conception de gants de protection beaucoup plus résistants aux perforations que les gants actuels.

« Les écailles de poisson nous ont étonnés », révèle Roberto Martini, boursier postdoctoral et auteur principal d’un article sur les résultats de ces travaux publié récemment par l’équipe de chercheurs. « Cela peut sembler paradoxal, mais nous avons découvert que les plus petites écailles sont plus difficiles à perforer, phénomène que des études techniques nous ont permis d’élucider. Nous avons également découvert que les écailles de poisson constituent les structures à base de collagène les plus résistantes que nous connaissons. »

La nature au service des ingénieurs

« Au cours de millions d’années d’évolution, la nature a servi de source d’inspiration pour solutionner des problèmes techniques », ajoute le Pr Barthelat. « Pendant longtemps, les biologistes et les ingénieurs ont travaillé en vase clos, mais ce n’est plus le cas. En effet, les biologistes ont de plus en plus recours à des outils et à des méthodes d’ingénierie et, pour leur part, les ingénieurs s’inspirent de la nature pour tenter de résoudre des problèmes auxquels ils sont confrontés depuis longtemps. Le dialogue entre les biologistes et les ingénieurs est plus ouvert que jamais, ce qui est très stimulant et contribue à faire du génie une discipline plus passionnante que jamais. »


Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et par une subvention d’équipe du Fonds de recherche du Québec ‒ Nature et technologies.

L’article « Stretch-and-release fabrication, testing and optimization of a flexible ceramic armor inspired from fish scales », par Robert Martini et François Barthelat, a été publié dans la revue Bioinspiration and Biomimetics : http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-3190/11/6/066001.

Personnes-ressources :

François Barthelat, Département de génie mécanique, Université McGill
francois [dot] barthelat [at] mcgill [dot] ca

Katherine Gombay, Relations avec les médias, Université McGill
Tél. : 514 398-2189
katherine [dot] gombay [at] mcgill [dot] ca

Articles déjà publiés sur les travaux du Pr François Barthelat inspirés par la nature :

Snail Shells Are Inspiring Tomorrow’s Toughest Materials : http://motherboard.vice.com/read/the-amazing-snail-shell-science-inspiring-tomorrows-toughest-materials

Le verre dans tous ses éclats : http://zonevideo.telequebec.tv/media/18239/emission-166/le-code-chastenay

Québec Science ‒ Les dix découvertes de l’année 2014 ‒ Comme les coquillages : http://www.quebecscience.qc.ca/files/file/qs/VerreQSjan_fev2015(1).pdf