Cette spirale qui semble fossilisée dans la matière n’a rien d’un phénomène géologique… Il s’agit du résultat d’un essai mécanique de thermoformage sur verre métallique.

Le thermoformage est un procédé de mise en forme utilisé dans de nombreux domaines, qui consiste à chauffer la matière pour la ramollir, puis à la déformer par compression sur un moule, afin de lui faire prendre la forme ou le motif désiré. C’est ce qui est utilisé couramment pour la mise en forme des plastiques, comme les barquettes alimentaires.

Le verre métallique, quant à lui, est un alliage métallique dont l’organisation atomique s’apparente à celle d’un verre, ce qui lui confère son nom. Il est élaboré par refroidissement très rapide d’un métal liquide, créant alors un matériau amorphe. L’objectif est de figer la structure de l’état liquide (avec ses atomes désorganisés) avant que les atomes n’aient le temps de s’organiser, ou plutôt de cristalliser, comme le feraient classiquement les métaux. Ainsi, là où les solides cristallins ont des atomes ordonnés selon des schémas prévisibles, les structures amorphes présentent des atomes désorganisés et dépourvus d’ordre à longue distance. Cela permet notamment d’obtenir un matériau plus résistant et plus dur. C’est l’étude de la déformation à chaud de ce matériau qui est au cœur de mes travaux de thèse.

Tout comme le verre classique peut être déformé lorsqu’il est chauffé (comme le montrent si bien les souffleurs et fileurs de verre), le verre métallique peut lui aussi être déformé une fois monté à haute température, ici 480 °C. La matière est ensuite comprimée dans un moule pour reproduire un motif, comme ici cette spirale.

Seul bémol de ces essais, le verre métallique est bien plus résistant que le moule ! Ce dernier finit par se fissurer sous la pression appliquée. On peut donc voir sur l’image, en plus de la spirale attendue, des lignes irrégulières, qui sont simplement les fissures du moule, également thermoformées sur la surface.

Thermoformage, verre métallique, et applications

De manière générale, les verres métalliques possèdent des propriétés intéressantes pour des applications de miniaturisation, par exemple dans le biomédical, l’horlogerie ou encore la microélectronique. Notre spirale ne mesure finalement que 6 mm de large !

Acquise grâce à un microscope optique, cette photo reflète le résultat d’un des premiers essais de thermoformage connu sur cette nuance de verre. Son but était de déterminer s’il était possible de reproduire le motif, et de confirmer ou non le choix des paramètres, tels que la température ou la vitesse de déformation du verre métallique.

Par la suite, de nouveaux motifs pourront être testés afin de modifier les propriétés de surface du matériau, comme le rendre hydrophobe en imitant la morphologie des feuilles de lotus, ou créer des motifs en nid d’abeille pour améliorer la résistance à l’usure des pièces. On combinera ainsi les avantages généraux des verres métalliques avec de nouvelles propriétés de surface accessibles par thermoformage.


Cette image fait partie des lauréats du concours Mécapixel 2021.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.