Pourrons-nous un jour fabriquer des voitures auto-réparatrices ?
De quoi aurait besoin une voiture auto-réparatrice ?
Nous avons déjà présenté un exemple de voiture auto-réparatrice en cours de développement. Mais de quels autres systèmes/fonctions une "vraie" voiture auto-réparatrice aurait-elle besoin ?
Nous allons le découvrir.
1. Vous auriez besoin d'un moyen pour trouver ce qui ne va pas.
Les capteurs de détection de pannes ou de "blessures" sont probablement indispensables. Il peut s'agir de capteurs actifs (balayant constamment les parties critiques) ou plus passifs. Voitures modernes sont déjà dotées d'un vaste ensemble de capteurs et d'autres systèmes permettant de détecter rapidement les défaillances, de sorte que nous sommes plus ou moins au point dans ce domaine.
Mais, ces systèmes ne peuvent que fournir un avertissement ou mettre le moteur en "mode sûr". S'ils pouvaient également activer une forme de système de réparation, ce serait clairement un grand avantage.
Pour certains matériaux, comme les mousses auto-cicatrisantes, la nécessité de capteurs de ce type peut être superflue, car le matériau se "rétablira" simplement de lui-même sans qu'on lui "dise" de faire quelque chose. Un système de surveillance plus actif serait probablement nécessaire pour d'autres systèmes, comme l'électronique délicate de la voiture. Étonnamment, un tel système est déjà en cours de réalisation - en quelque sorte.
Bien qu'il s'agisse d'un sujet un peu ésotérique en ce qui concerne les voitures, un exemple est un nouveau type de polymère auto-régénérant "tactile". Conçue plus spécifiquement comme une future prothèse potentielle pour les amputés, cette technologie pourrait être adaptée à... permettre aux voitures de "ressentir" lorsqu'elles sont endommagées et de déclencher une fonction de réparation (si nécessaire).
2. Ses parties métalliques devraient se réparer elles-mêmes
L'idée que ces derniers puissent se réparer miraculeusement serait une excellente nouvelle pour tous ceux qui ont déjà cabossé la carrosserie de leur voiture. Mais est-ce que cela sera un jour possible ?
Nous avons déjà abordé la question des nanotubes auto-réparateurs pour l'industrie automobile. Lamborghini Terzo, mais d'autres options sont également en préparation.
Par exemple, les scientifiques étudient comment les revêtements polymères autoréparables pourraient être utilisés dans l'exploration des fonds marins et de l'espace. Dans ces situations, un revêtement permettrait de réduire considérablement les coûts de maintenance, car il s'agit d'endroits difficiles à réparer.
Ces revêtements sont conçus pour des environnements très difficiles, mais s'ils fonctionnent bien dans ces domaines, ils pourraient également être utilisés dans d'autres endroits. Certains des revêtements en cours de fabrication protègent contre la corrosion, tandis que d'autres protègent contre les rayures.
Cela semble parfait pour l'utilisateur moyen d'une voiture.
L'augmentation des coûts pour repeindre après une réparation ou pour prévenir la corrosion est l'une des raisons de certains coûts d'entretien élevés des voitures. Si les améliorations apportées aux revêtements polymères auto-cicatrisants permettent de fabriquer des peintures capables de supporter de petites éraflures et de résister à la corrosion, cela pourrait modifier le montant que les propriétaires de voitures doivent dépenser pour les réparations. Même une chose aussi simple qu'une peinture plus résistante pourrait faire durer les voitures plus longtemps, ce qui serait une bonne nouvelle pour les personnes qui les utilisent.
Tout est bien beau, mais la plupart des voitures d'aujourd'hui ont tendance à être fabriquées en métal. Il se trouve que des projets sont en cours pour fabriquer des métaux autoréparables.
Comme nous l'avons dit, l'aluminium auto-cicatrisant pourrait nous arriver dans un futur proche.
Des spécialistes australiens des matériaux ont mis au point une méthode inédite pour étudier la cause de la fatigue des métaux (la raison la plus courante de leur défaillance au fil du temps), qu'ils ont appelée zones sans précipitation (ZFP). Ces zones sont des points faibles qui se forment dans les alliages d'aluminium lorsque les contraintes changent. Il s'agit au départ de petites zones où le matériau est flexible, puis de fissures qui finissent par s'étendre et affaiblir le matériau.
Pour atténuer ce phénomène, l'équipe a trouvé un moyen d'"attraper" les nouvelles particules qui se forment lorsque des contraintes sont exercées sur l'alliage d'aluminium. Ils ont pu utiliser les particules qu'ils avaient capturées pour réparer les points faibles. Ce faisant, ils ont considérablement ralenti le développement des fissures dans la structure métallique.
Les chercheurs affirment qu'en modifiant ainsi la microstructure initiale du métal, ils peuvent rendre les alliages d'aluminium beaucoup plus résistants à l'usure. La durée de vie en fatigue des alliages d'aluminium à haute résistance, qui sont connus pour être faibles, pourrait être multipliée par 25.
Ce pourrait être une piste à explorer pour les voitures également, si les constructeurs automobiles tiennent absolument à ce que la coque des véhicules reste en métal.
Pour d'autres pièces, comme le les pièces mécaniques de la voiturela fatigue du métal est la principale cause de défaillance mécanique au fil du temps. Si des techniques d'autoréparation peuvent être développées pour ces pièces également, cela pourrait améliorer considérablement la durée de vie moyenne des machines et des véhicules comme les voitures.
3. Ce serait formidable si les pneus des voitures pouvaient aussi s'autoréparer.
La carrosserie mise à part, d'autres parties d'une voiture pourraient bénéficier de la capacité d'auto-guérison. Des pneus autoréparables, par exemple, seraient très pratiques.
Étonnamment, quelque chose comme ça est également en cours de développement. Des chercheurs de l'Université de Harvard ont fabriqué un caoutchouc résistant qui peut réellement se guérir lui-même. Ils ont fabriqué une corde moléculaire en assemblant des liaisons covalentes et réversibles pour y parvenir. Le résultat est un caoutchouc transparent qui peut s'auto-guérir en répartissant les contraintes dans tout le matériau.
La plupart du temps, lorsque le caoutchouc se fissure, c'est parce que la contrainte s'est accumulée en un seul endroit. Dans le cas présent, ce phénomène est réduit car la structure moléculaire du caoutchouc auto-cicatrisant répartit la contrainte à travers un réseau de fissures, qui sont des fissures reliées par des fibres.
En laissant la contrainte se répartir plus uniformément dans le matériau, le caoutchouc autocicatrisant est beaucoup plus apte à supporter la force.
Les pneus fabriqués à partir de ce type de caoutchouc seraient capables de supporter plus de contraintes que ceux que nous avons actuellement et dureraient probablement plus longtemps, même dans des environnements difficiles. Certaines personnes ont même dit que si un pneu était fait de caoutchouc capable de se réparer lui-même, il n'aurait pas besoin d'être remplacé immédiatement en cas de coupure.
4. Avoir un moyen de réparer l'électronique serait également utile.
Nous disposons donc d'un certain potentiel pour la recherche de pannes et de certaines options pour l'autoréparation de la carrosserie et des pneus de la voiture, mais qu'en est-il des autres systèmes du véhicule ?
Qu'en est-il de l'électronique ?
Eh bien, croyez-le ou non, des travaux sont en cours dans ce domaine aussi. Matériaux en polyamide, comme ForTii 11sont les matériaux les plus résistants pour la fabrication des pièces électriques des voitures. Ce polyamide haute température possède des qualités ignifuges avec et sans halogènes et fonctionne bien dans des conditions difficiles.
Cela rend le produit moins susceptible de se fissurer et le rend plus fiable en termes de vieillissement par choc thermique.
Parmi les autres possibilités, citons un matériau appelé Optoélectronique extensible, éclairant à faible champ, guérissable (HELIOS). Le roman l'invention est extensible, autocicatrisante et même éclairante, tout en étant capable de conduire l'électricité.
L'équipe à l'origine de son développement a commencé par fabriquer un matériau capable de se cicatriser lui-même et doté d'une permittivité diélectrique très élevée. Pour ce faire, elle a mélangé des fluoroélastomères et des surfactants d'une manière particulière.
Cela a conduit à la création d'un matériau qui permet aux appareils de s'allumer à des tensions quatre fois plus faibles et de s'éclairer plus de 20 fois plus intensément. Comme il consomme très peu d'énergie, HELIOS peut fonctionner plus longtemps.
Il peut être utilisé en toute sécurité dans les interfaces entre les humains et les machines et peut être alimenté sans fil. Enfin, le matériau ne peut être ni déchiré ni perforé car les liaisons entre ses molécules sont réversibles et faciles à réparer - autant de propriétés excellentes pour un système électrique potentiellement auto-réparateur.
D'autres développements sont également en cours dans les composites métalliques liquides auto-cicatrisants, qui peuvent également être utilisés pour fabriquer des circuits électriques souples et recyclables. Ces composites ne se brisent pas même lorsqu'ils sont perforés et peuvent être étirés à plusieurs reprises sans perdre leur conductivité électrique.
Une autre alternative consiste bien sûr à renoncer entièrement aux fils fixes pour les composants électriques de la voiture en utilisant des dispositifs tels que les circuits photoélectriques.
5. Et la batterie ?
Avec la montée en popularité des voitures électriques, le besoin de batteries de longue durée et potentiellement illimitées ou auto-réparatrices serait un développement très bienvenu. Mais existe-t-il des solutions ?
En fait, oui, il y en a.
Une option pourrait être de combiner des molécules organiques avec des machines. Appelées biobatteries, ces équipements innovants imitent la façon dont les cellules vivantes génèrent de l'électricité pour produire des sources d'énergie durables et, théoriquement, inépuisables.
Le secret ? Le glucose. C'est l'une des sources d'énergie les plus courantes utilisées par les êtres vivants. Lorsque les enzymes de la cellule dégradent le glucose, le processus libère également des électrons qui peuvent être utilisés pour alimenter des appareils.
"Une bactérie photosynthétique génère de la nourriture organique qui sert de nutriment aux autres cellules bactériennes situées en dessous. En bas se trouve la bactérie productrice d'électricité, et les bactéries du milieu génèrent certains produits chimiques pour améliorer le transfert d'électrons", explique Seokheun Choi, professeur au Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Sciences de l'université de Binghamton, qui a dirigé l'équipe de recherche.
Bien que ces types de batteries ne produisent actuellement qu'une faible quantité d'énergie, les développements futurs et la mise à l'échelle pourraient permettre de produire des batteries organiques auto-régénératrices et durables pour les futures voitures.
A part ça, de nombreux nouveaux types de batteries se développent actuellement et, sans être nécessairement auto-réparatrices, elles pourraient durer beaucoup plus longtemps que les batteries lithium-ion ou acide actuelles.
6. Mais, qu'en est-il du pare-brise ?
Bien, nous avons réglé les problèmes de recherche de panne, d'électricité, de carrosserie, de pneus et de batterie. Mais qu'en est-il d'une autre pièce souvent cassée ou endommagée dans les voitures : les vitres ?
Eh bien, il y a peut-être de l'espoir ici aussi.
Les scientifiques travaillent sur ce qui a été surnommé le "le matériau auto-cicatrisant le plus résistant au monde" et il pourrait être utilisé pour remplacer le verre traditionnel.
Des chercheurs de l'Indian Institute of Science Education and Research (IISER) ont mis au point ce matériau. en utilisant un matériau organique piézoélectrique, qui transforme l'énergie mécanique en énergie électrique et vice versa, pour fabriquer des cristaux en forme d'aiguille de moins de 2 mm de long et 0,2 mm de large.
En raison de la façon dont les molécules sont disposées dans les cristaux spécialement fabriqués, il existe une forte force d'attraction entre les deux surfaces. Chaque fois qu'une fissure se produit, les pièces se recollent d'elles-mêmes, sans qu'il soit nécessaire de recourir à la chaleur ou à d'autres forces extérieures, ce qui serait le cas de la plupart des matériaux autoréparables.
Selon le chercheur principal, le professeur Chilla Malla Reddy de l'IISER, "notre matériau autocicatrisant est 10 fois plus dur que les autres, et il possède une structure cristalline interne bien ordonnée qui est privilégiée dans la plupart des applications électroniques et optiques."
"Je peux imaginer des applications pour un appareil de tous les jours", a ajouté Bhanu Bhushan Khatua, un membre de l'équipe de l'IIT Kharagpur. "De tels matériaux pourraient être utilisés pour les écrans de téléphones portables qui se réparent eux-mêmes s'ils tombent et développent des fissures", a-t-il déclaré.
Bien qu'elle soit actuellement destinée au marché des appareils intelligents, il n'y a guère de raison qu'une technique similaire ne permette pas un jour de créer des vitres pour les voitures. Qui sait, les pare-brise et les les vitres des voitures du futur pourraient également devenir plus interactives (problèmes de sécurité mis à part) ?
Et ceci, espoirs de voitures auto-guérissantes, est votre lot pour aujourd'hui.
Il n'y a pas encore de voitures auto-réparatrices sur le marché, mais la recherche sur les matériaux auto-réparateurs s'améliore chaque année.
Dans les prochaines décennies, il pourrait y avoir des voitures qui ne seront jamais rayées ou qui pourront réparer leurs dommages. Même si la technologie est encore en cours d'élaboration, les scientifiques et les ingénieurs dans le domaine des matériaux font, en quelque sorte, de la science-fiction une réalité.