Une équipe franco-austro-allemande a pu observer la rupture de fibres de carbone sous pression et montrer que, soumises à des pressions parallèles à leur axe, les fibres de carbone fléchissent et flambent avant de se casser. Ainsi, le phénomène de flambement semble justifier leur faible résistance (les fibres de carbone se brisent aisément si elles sont comprimées dans le sens de leur longueur, alors que, à masse égale, elles sont cinq fois plus raides et dix fois plus résistantes à la traction que l’acier).
L’équipe internationale, composée de chercheurs de l’Institut allemand Max Planck pour la recherche sur les colloïdes et les interfaces (MPIKG), de l’Institut viennois de physique des matériaux (Institut für Materialphysik der Universität Wien) et du synchrotron européen de Grenoble (ERSF, European Synchrotron Radiation Facility), ont cherché à expliquer de telles ruptures sous compression.
Une brassée de fibres de carbone a été assemblée puis tordue jusqu’à former une boucle, si bien que les fibres situées à l’extérieur de la boucle sont étirées et que celles situées à l’intérieur sont comprimées, tandis que l’intensité de la compression et de la traction se règle en modifiant le rayon de la boucle. La brassée de fibres a ensuite été observée à l’aide d’un faisceau de rayons X extrêmement fin, de 100 nanomètres de large, afin de déterminer les contraintes et l’orientation de chaque nanocouche de graphite et de chaque nano-monocristal (ou nanocristallite). De fait, les fibres de carbone sont composées d’un empilement de nanocouches de graphite, liées les unes aux autres par de faibles liaisons de Van der Waals, tandis que les atomes de carbone constitutifs d’une couche sont fortement liés les uns aux autres.
L’observation a confirmé que la faiblesse des liaisons inter-couches permettait le fléchissement des monocristaux et leur brisure. Inversement, accroître le nombre de liaisons transversales covalentes, par exemple par bombardement électronique, suffit à rendre les fibres plus résistantes à la compression. Les nanotubes de carbone constitueraient alors des filins et des câbles de qualité.
Pour en savoir plus :
- D. Loidl, Oskar Paris, Manfred Burghammer, C. Riekel, Herwig Peterlik (2005). ‘Direct Observation of Nanocrystallite Buckling in Carbon Fibers under Bending Load’, Physical Review Letters 95, 225501, doi:10.1103/PhysRevLett.95.225501
- Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG), Wissenschaftspark Postdam-Golm, Am Mühlenberg 1 OT Golm, D-14476 Potsdam, tél. : +49 331 567 8000, info@mpikg.mpg.de, www.mpikg.mpg.de
Rédaction et première publication dans le cadre du Bulletin Électronique du Service Scientifique de l’Ambassade de France à Vienne et plus précisément dans le cadre du BE Autriche numéro 78 du 16 février 2006 (http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/32225.htm)
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