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1 Les matériaux intelligents et leurs applications Firas Ismail Amir Jemaa Inst

1 Les matériaux intelligents et leurs applications Firas Ismail Amir Jemaa Institut national des sciences appliquées et de technologie(INSAT), IMI5 2021/2022 Sommaire 1. Introduction ...................................................................................................2 2. Propriétés physiques et caracteristiques......................................................2 2. Les types .........................................................................................................3 3. La classification .............................................................................................4 4. Les applications .............................................................................................5 4.1 Auto-réparation.................................................................................5 4.1 Dans le domaine de la défense et de l'espace ..................................6 4.2 Dans les industries nucléaires .........................................................6 4.3 En Ingénierie des Structures ...........................................................6 4.4 Applications biomédicales ...............................................................7 4.5 Réduire les déchets électroniques ...................................................7 4.6 Réduire le gaspillage alimentaire ...................................................7 4.7 La santé .............................................................................................8 5. Conclusions ...................................................................................................8 6. References.....................................................................................................9 2 1. INTRODUCTION Avec le développement de la science des matériaux, de nombreux nouveaux matériaux de haute qualité et rentabilité sont entrés en utilisation dans divers domaines de l'ingénierie. Au cours des dix dernières décennies, les matériaux sont devenus multifonctionnels et nécessitait l'optimisation des différentes caractérisations et propriétés. Avec la dernière évolution, le concept a s'oriente vers les matériaux composites. Et récemment, la prochaine étape de l'évolution est envisagée avec le concept de matériaux intelligents. Les matériaux intelligents sont des nouveaux matériaux de génération dépassant le conventionnel matériaux structurels et fonctionnels. Ces matériaux possèdent des capacités d'adaptation aux stimuli externes, tels que charges ou l'environnement, avec une intelligence inhérente. Les matériaux intelligents sont définis en tant que matériaux, qui possèdent la capacité de modifier leurs propriétés physiques d'une manière spécifique dans réponse à une entrée de stimulus spécifique. Les stimuli pourraient être pression, température, champs électriques et magnétiques, produits chimiques, pression hydrostatique ou rayonnement nucléaire. 2. Propriétés physiques et caracteristique. Les propriétés physiques modifiables associées pourraient être la forme, rigidité, viscosité ou amortissement. Takagi (1990) l'a expliqué comme des matériaux intelligents qui répondent aux changements dans les conditions les plus optimales et révèlent leur propres fonctions en fonction de l'environnement. L'intelligence décrit l'auto-adaptabilité, l'auto-détection, mémoire et fonctionnalités multiples des matériaux ou structure. Ces caractéristiques offrent de nombreuses applications possibles de ces matériaux et structures dans aérospatiale, fabrication, systèmes d'infrastructure civile, biomécanique et environnement. Les caractéristiques des structures intelligentes sont un grand avantage qui utilise l'adaptation intégrée de matériaux intelligents comme alliages à mémoire de forme. En modifiant leurs propriétés, les matériaux intelligents peuvent détecter les défauts et les fissures et donc sont utiles comme outil de diagnostic. Cette caractéristique peut être utilisé pour activer le matériel intelligent intégré 3 dans le matériel hôte de manière appropriée pour compenser le défaut. Ce phénomène est appelé effet auto-réparateur. 3. Types Ces matériaux à une ou plusieurs propriétés peuvent être considérablement modifié de manière contrôlée par des stimuli. Ainsi ce matériau a un capteur intégré , actionneur et/ou mécanisme de contrôle par lequel il est capable de ressentir un stimulus, d'y répondre d'une manière prédéterminé, dans un délai court ou approprié temps et revenir à son état d'origine dès que le le stimulus est supprimé. Il existe plusieurs types de smart matériel disponible et certains sont discutés ci-dessous. Les matériaux piézoélectriques sont un exemple très courant de ces matériaux où ils produisent une tension lorsque le stress est appliqué. Étant donné que cet effet s'applique également à l'inverse manière, une tension à travers l'échantillon produira un stress au sein de l'échantillon. Des structures conçues de manière appropriée à partir de ces matériaux on peut donc faire ce pli, se dilater ou se contracter lorsqu'une tension est appliquée. Ils peuvent également être utilisé dans les dispositifs de suivi optique, les têtes magnétiques, imprimantes matricielles, claviers d'ordinateur, haute fréquence haut-parleurs stéréo, accéléromètres, microphones, pression capteurs, transducteurs et allumeurs pour grils à gaz. Les Matériaux thermosensibles, soit à mémoire de forme Les alliages (SMA) ou polymères à mémoire de forme, sont des matériaux qui peut contenir différentes formes à différentes températures Ils peuvent être déformés et ramenés à leur forme d'origine par chauffage. Dans le processus, ils génèrent un actionnement. Alliage à mémoire de forme, tel que le nitinol, un alliage de nickel et titane, qui a une résistance à la corrosion similaire à l'acier inoxydable, ce qui le rend particulièrement utile pour applications biomécaniques. De tels types de matériaux peuvent être utilisé dans le thermostat de la cafetière, spectacle super élastique cadres, stents pour veines, tandis qu ‘un polymère à mémoire de forme a la capacité de reprendre sa forme d'origine lorsqu'il est chauffé. Ceux-ci sont généralement utilisés dans les sutures chirurgicales biodégradables qui se resserrera auutomatiquement à la tension correcte et également dans les carrosseries auto-réparantes qui reprendront forme sur chauffage doux après une bosse. 4 Matériaux magnéto restrictifs similaires à piézoélectriques, ne répondent qu'aux champs magnétiques plutôt qu'électrique. Ils sont généralement utilisés en basse fréquence, transducteurs sonar haute puissance, moteurs et hydrauliques actionneurs, ainsi que l'alliage à mémoire de forme Nitinol, les matériaux magnéto restrictifs sont considérés comme prometteurscandidats pour obtenir un amortissement actif des vibrations. Les matériaux sensibles au PH sont les matériaux qui changent leur couleur en raison de l'évolution de l'acidité. Cela peut être applicable pour les peintures qui peuvent changer de couleur pour indiquer corrosion dans le métal en dessous d'eux. Les systèmes chromogènes changent de couleur en réponse à changements électriques, optiques ou thermiques. Ceux-ci inclus Les matériaux électrochromes, qui changent de couleur ou opacité à l'application d'une tension. Très commun un exemple de ce type est les écrans à cristaux liquides. De même, les matériaux photochromiques, qui changent de couleur en réponse à la lumière. Cela peut être observé à la lumière lunettes sensibles qui s'assombrissent lorsqu'elles sont exposées à des lumière du soleil. Il existe également certaines peintures comme le les peintures rmochromiques et photochromiques, qui changent couleur au chauffage et à l'exposition à la lumière respectivement. 3. Classification Les matériaux intelligents peuvent également être classés en deux catégories, c'est-à-dire actives ou passives. les matériaux intelligents actifs sont definis comme les matériaux qui possèdent la capacité de modifier leur géométrie ou propriétés matérielles sous l'application de l'électricité, champs thermiques ou magnétiques, acquérant ainsi une capacité à transduire l'énergie. Matériaux piézoélectriques, Les SMA, les fluides ER et les matériaux magnétostrictifs sont considérés comme les matériaux intelligents actifs et par conséquent, ils peuvent être utilisés comme capteurs de force et actionneurs. de la même manière les matériaux piézoélectriques, qui convertissent l'énergie électrique en force mécanique, sont également « actifs ». D'autre part, les matériaux, qui ne sont pas actifs, sont appelés matériaux intelligents passifs. Bien qu'intelligents, ils n'ont pas la capacité inhérente de transduire l'énergie. le matériau fibre optique est un 5 bon exemple d'une smart passive Matériel. De tels matériaux peuvent agir comme des capteurs mais pas comme actionneurs ou transducteurs. 1.3. Applications Les matériaux intelligents trouvent un large éventail d'applications grâce à leur réponse variée aux stimuli externes. Le différents domaines d'application peuvent être dans notre vie de tous les jours, applications aérospatiales, génie civil et mécatronique pour n'en nommer que quelques-uns. Le champ d'application de matériau intelligent comprend la résolution de problèmes d'ingénierie avec une efficacité irréalisable et offre une opportunité pour la création de nouveaux produits qui génèrent des revenus. Caractéristique importante liée aux matériaux intelligents et structures est qu'elles englobent tous les domaines de la science et ingénierie. En ce qui concerne les applications techniques de smart matériaux est concerné, il s'agit de matériaux composites intégré avec des fibres optiques, des actionneurs, des capteurs, des systèmes microélectromécaniques (MEMS), des vibrations contrôle, contrôle du son, contrôle de la forme, santé du produit ou surveillance de la durée de vie, surveillance de la guérison, intelligente traitement, contrôles actifs et passifs, auto-réparation (cicatrisation), organes artificiels, nouveaux dispositifs indicateurs, aimants conçus, amortissant la stabilité aéroélastique et répartitions des contraintes. Les structures intelligentes se trouvent dans automobiles, systèmes spatiaux, à voilure fixe et tournante, navires de guerre, structures civiles, machines-outils, loisirs et dispositifs médicaux. Le type d'« intelligence » démontré par ces matériaux est généralement programmé par composition matérielle , l'introduction de défauts ou en modifiant le micro- structure, de manière à s'adapter aux différents niveaux de stimuli de manière contrôlée. Comme les structures intelligentes. 4.1. Auto-réparation Une méthode de développement consiste à intégrer de minces tubes contenant de la résine non durcie en matériaux. Lorsque des dommages se produisent, ces tubes se cassent, exposant la résine qui comble tout dommage et le fixe. L'auto- réparation pourrait être importante dans les environnements inaccessibles tels que sous l'eau ou dans l'espace. 6 4.2. Dans le domaine de la défense et de l'espace Des matériaux intelligents ont été développés pour supprimer les vibrations et changement de forme des pales de rotor d'hélicoptère. Des dispositifs en alliage à mémoire de forme sont également en cours de développement capables de réaliser une rupture accélérée devagues de vortex de sous-marins et de même différentles surfaces de contrôle adaptatives sont développées pour l'avionailes. Par ailleurs, cette recherche est en voie de se concentrer sur nouvelles technologies de contrôle pour les matériaux intelligents. 4.3. Dans les industries nucléaires La technologie intelligente offre de nouvelles opportunités dans le secteur nucléaire industriel pour l'amélioration de la sécurité, réduction de l'exposition, réduction des coûts du cycle de vie e tamélioration des performances. Cependant, la radiation associé aux opérations nucléaires représente un défi unique pour les tests, uploads/s3/ les-materiaux-intelligents-et-leurs-applications.pdf