au sommaire
Les geeksgeeks fans d'Iron Man devraient adorer la découverte de chercheurs de la Rice University, aux États-Unis. Le réacteur ARC, qui semble exploiter la fusion froide avec du palladium et fournit une forme d'énergie à l'armure du vengeur doré, reste du domaine de la science-fiction mais le mystérieux métal dont elle est constituée semble aujourd'hui plus près de la réalité.
Dans le premier film consacré à la saga du super-héros de Marvel, Robert Downey Jr, alias Tony Stark, fait fabriquer la troisième version de son armure à partir d'un alliage de titane et d'or. À en voir les performances, ce matériau doit être d'une duretédureté extrême et d'une résistancerésistance mécanique qui l'est tout autant. Le titane lui-même est déjà un métal largement utilisé comme blindage dans l'industrie militaire, justement du fait de ses propriétés mécaniques et de sa résistance à la corrosioncorrosion et au feufeu. On le trouve même dans des éléments du moteur Vulcain d'Ariane 5Ariane 5.
Des extraits d'Iron Man montrant l'incroyable résistance de l'armure, censément à base de titane et d'or. La réalité a un peu rattrapé la fiction. © Gagtiger, YouTube
Un alliage découvert par hasard lors d'analyses par cristallographie
On ne peut pas en dire autant de l'or, loin de là. L'idée d'un tel alliage pour obtenir ce qu'ingénieurs de l'aérospatiale et amateurs de science-fiction appellent un unobtainium (matériau aux propriétés impossibles) pouvait paraître folklorique, uniquement motivée pour coller à l'aspect d'Iron Man.
Et pourtant, le travail des chercheurs états-uniens publié dans Science décrit bien un nouvel alliage de titane et d'or presque quatre fois plus dur que le titane ! Certes, la dureté, au sens physiquephysique du terme, n'est que la propriété d'un métal à résister à la pénétration d'un poinçonpoinçon. Elle ne présage en rien de sa ténacitéténacité, c'est-à-dire sa résistance à la traction. Mais le résultat est tout de même spectaculaire.
La découverte de ce nouvel alliage relève de la sérendipitésérendipité, comme l'explique la physicienne Emilia Morosan. Avec des collègues, elle étudiait un alliage composé à parts égales d'or et de titane parce qu'il était magnétique alors que ces deux métauxmétaux ne le sont pas. Comme bien des physiciensphysiciens de la matièrematière condensée, ces chercheurs voulaient étudier la structure cristalline du matériau qu'ils avaient synthétisé en le réduisant en poudre pour une analyse par diffractiondiffraction de rayons Xrayons X. Cela s'est avéré impossible avec les moyens classiques. Intrigués, les physiciens ont voulu déterminer exactement sa dureté... qui s'est révélée étonnamment élevée.
Une introduction à la cristallographie aux rayons X. © The Royal Institution, YouTube
Un bon candidat pour des implants
Cherchant une explication, ils ont finalement découvert que l'alliage final comprenait en fait trois parts de titane et une part d'or, et qu'il était donc de formule Ti3Au. Mais pas n'importe lequel car il en existe deux formes qui diffèrent par l'organisation des atomesatomes dans le réseau cristallinréseau cristallin. C'est un exemple de « polymorphisme », c'est-à-dire la faculté d'un matériau de cristalliser en des structures différentes selon les conditions ambiantes. En l'occurrence, l'alliage Ti3Au en phase alpha est déjà connu et est aussi dur ou presque que le titane. Mais ici, les chercheurs avaient involontairement produit la phase bêtabêta. Cette forme provient de la voie de synthèse choisie, effectuée à haute température, contrairement à celle qui aboutit à la phase alpha.
Tout comme le titane, les alliages de ce métal avec l'or sont également des matériaux biocompatibles que l'on peut utiliser pour des implants, par exemple dentaires, du fait de leur résistance. Il s'est avéré que, là aussi, le nouvel alliage était supérieur.
