Outre la production d'électricité, il pourrait être utilisé pour surveiller les dommages structurels des constructions ou pour observer l'impact de phénomènes tels que les tremblements de terre sur les bâtiments.
Des scientifiques de l'Université de Pittsburgh (Pitt), en Pennsylvanie (États-Unis), ont l'intention de faire passer le béton à un nouveau niveau grâce à un métamatériau — un ensemble hétérogène de matériaux artificiels qui possèdent des caractéristiques électromagnétiques spéciales — pour le développement d'infrastructures intelligentes.
Dans leurs recherches, ils présentent un nouveau concept de systèmes en béton légers et mécaniquement réglables dotés de la fonctionnalité interne de détecter, de générer et de collecter l'énergie.
« L’utilisation massive du béton dans nos projets d’infrastructure exige le développement d’une nouvelle génération de matériaux en béton plus économiques et respectueux de l’environnement, tout en offrant des fonctionnalités avancées. Nous pouvons atteindre tous ces objectifs en introduisant un paradigme de métamatériaux dans le développement des matériaux de construction », a déclaré Amir Alavi, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l’Université de Pittsburgh, dans un communiqué officiel.
Voici comment il produit de l'électricité
Ce n'est pas la première fois que ce groupe de chercheurs travaille avec des métamatériaux ; ils les avaient déjà utilisés dans le domaine des implants dentaires. Cependant, cette fois-ci, ils ont utilisé cet élément pour créer un béton hautement adaptable, puisque des propriétés telles que la fragilité, la flexibilité et la forme peuvent être ajustées, permettant ainsi aux constructeurs d'utiliser moins de matériau sans compromettre la résistance ni la durabilité.
Ce métamatériau est constitué d'un réseau de polymères auxétiques renforcés, intégrés dans une matrice de ciment conducteur. Cette matrice, enrichie en poudre de graphite, forme l'électrode. Un déclencheur mécanique ou un nanogénérateur peut générer une charge électrique par contact entre les couches. Autrement dit, il est capable de produire sa propre charge électrique.
Elle ne peut pas encore produire suffisamment d'électricité pour alimenter le réseau électrique, mais les scientifiques génèrent suffisamment d'énergie pour faire fonctionner des capteurs intégrés aux routes, y compris les futurs capteurs conçus pour assister les véhicules autonomes lorsque les signaux GPS sont trop faibles ou lorsque la technologie LIDAR ne fonctionne pas.
Outre la production d'électricité, ce métamatériau pourrait servir à surveiller les dommages structurels des constructions ou à observer l'impact de phénomènes tels que les séismes sur les bâtiments. De plus, sa flexibilité, sa forme et sa fragilité peuvent être modifiées pour s'adapter à toute construction.
D'après les tests effectués par les chercheurs, il pourrait être comprimé jusqu'à 15 % tout en conservant son intégrité structurelle et produire une puissance de 330 μW.
« Ce projet présente le premier béton métamatériau composite doté d'une supercompressibilité et de capacités de récupération d'énergie. Ces systèmes de béton légers et mécaniquement ajustables pourraient ouvrir la voie à l'utilisation du béton dans diverses applications, comme les matériaux d'ingénierie absorbant les chocs dans les aéroports pour aider à ralentir les avions hors de contrôle ou les systèmes d'isolation sismique à la base », note Alavi.
Utilisation évolutive
Ce projet, qui applique le matériau à diverses utilisations, implique des scientifiques de l'université Johns Hopkins, de l'université d'État du Nouveau-Mexique, du Georgia Institute of Technology, de l'Institut de nanoénergie et de nanosystèmes de Pékin (en Chine) et de l'école d'ingénierie Swanson de Pitt, et travaille également à l'obtention de davantage de propriétés et de possibilités pour le matériau.
Ils soulignent même que ce béton multifonctionnel qu'ils ont créé pourrait devenir un composant largement utilisé dans les infrastructures, car il est « évolutif, rentable et peut assurer son fonctionnement grâce à la production d'énergie verte ». C'est du moins ce qu'ils affirment dans leur étude, intitulée « Systèmes de béton métamatériaux intégrés avec nanogénérateurs multifonctionnels pour infrastructures civiles intelligentes », publiée dans la revue Advanced Materials.
Malgré le potentiel de ce béton pour la création d'infrastructures intelligentes et autonomes, les chercheurs soulignent dans leur étude la nécessité de réaliser des essais à grande échelle afin d'améliorer le produit. Ils indiquent également que des recherches supplémentaires sont nécessaires sur la manière d'isoler le matériau intégré au nanogénérateur de récupération d'énergie des agressions environnementales telles que l'humidité, les intempéries et les variations de température.
Cependant, l'équipe de recherche s'est déjà associée au Département des transports de Pennsylvanie (PennDOT) pour développer ce métamatériau en béton dans le but de l'utiliser à l'avenir sur les routes de Pennsylvanie.
Source : https://www.elespanol.com/
