Les matériaux intelligents, une révolution au fort potentiel pour l’industrie :

Quelles implications et comment gérer efficacement les données matériaux associées ?

Autonomous smart materials, nano technology

Les matériaux intelligents sont des matériaux qui ont la capacité de réagir de manière autonome à leur environnement. Ils peuvent être programmés pour changer de forme ou de propriété en réponse à des stimuli externes tels que la température, la pression, l’humidité ou la lumière.

L’histoire des matériaux intelligents remonte aux années 1960, lorsque les scientifiques ont commencé à étudier les matériaux qui changeaient de forme en réponse à des stimuli externes. Depuis, de nombreux progrès ont été réalisés dans ce domaine, grâce notamment aux avancées de la recherche en nanotechnologie et en ingénierie des matériaux.

Il existe plusieurs types de matériaux intelligents, qui peuvent être classés selon le type de stimuli auquel ils réagissent :

  • Les matériaux thermo-sensibles : qui réagissent à la température
  • Les matériaux photosensibles : qui réagissent à la lumière
  • Les matériaux électro-sensibles : qui réagissent à l’électricité

Les matériaux chimio-sensibles : qui réagissent à des changements de pH ou de concentration chimique

Le potentiel d’utilisation des matériaux intelligents dans l’industrie

Les matériaux intelligents ont le potentiel de révolutionner de nombreux secteurs de l’industrie grâce à leur capacité de réagir de manière autonome à leur environnement. Voici quelques exemples de potentielles utilisations des matériaux intelligents dans l’industrie :

1. Automobile : Les matériaux intelligents pourraient être utilisés pour fabriquer différentes pièces de véhicules innovantes, jouant sur différents aspects de durabilité, de sécurité, de confort etc… Il est ainsi possible d’envisager des freins plus performants, utilisant des matériaux intelligents pour améliorer la friction et la résistance à la chaleur (comme des matériaux en céramique, particulièrement adaptés à cet usage) ou encore des carrosseries de voiture plus résistantes et légères à base de carbone-kevlar, qui s’adaptent automatiquement à la température extérieure pour offrir une meilleure isolation thermique.

2. Aérospatiale : Ces matériaux auraient une utilisation dans la fabrication de pièces d’aéronefs qui s’adaptent automatiquement aux conditions climatiques et aux contraintes mécaniques, offrant ainsi une meilleure sécurité et une plus grande durée de vie. Leur utilisation peut se retrouver dans les structures des aéronefs, comme des matériaux en fibre de carbone utilisés dans les aéronefs pour augmenter la résistance de la structure tout en réduisant son poids, ou encore dans les revêtements comme la céramique, particulièrement efficace afin de protéger les engins contre la chaleur et les radiations solaires.

3. Électronique : L’utilisation de matériaux intelligents intéressants dans la fabrication de batteries qui se rechargent plus rapidement grâce à des matériaux qui augmentent leur capacité de stockage d’énergie. Cela serait possible grâce à l’utilisation de nanomatériaux augmentant la surface de contact des batteries, de matériaux superconducteurs permettant l’amélioration de la conductivité ou encore de matériaux à base de graphènes présentant une excellente conductivité. 

4. Biotechnologies : Les matériaux intelligents pourraient être utilisés pour fabriquer des implants médicaux qui s’ajustent automatiquement en fonction de l’état de santé du patient, ou des dispositifs de diagnostic qui s’ajustent automatiquement en fonction de la situation clinique.

Les matériaux intelligents peuvent trouver des applications quasi-illimitées dans de nombreux secteurs non évoqués ici, comme l’industrie de la construction et du BTP par exemple, en améliorant la résistance des structures ou une meilleure isolation. Néanmoins, ces utilisations impliquent par conséquent une multitude de nouvelles données matériaux résultant de tests sur l’état du matériau, la modification de l’environnement, etc… Ces données doivent ainsi être traitées, analysées et capitalisées afin de tirer au mieux parti de ces matériaux dits intelligents.

Quels enjeux autour de la gestion des données sur les matériaux intelligents ?
Il y a ainsi différents champs d’études de données qui doivent être prises en compte dans l’utilisation des matériaux intelligents : 
  1. Les données sur l’état du matériau : il s’agit des données qui permettent de décrire l’état du matériau à un moment donné, comme sa forme, sa couleur, sa structure, sa densité, etc. Ces données sont cruciales pour permettre au matériau de réagir de manière autonome à son environnement.
  2.   Les données sur l’environnement du matériau : ce type de données donne des indications sur l’environnement dans lequel le matériau se trouve, comme la température, l’humidité, la pression, la luminosité, etc. L’utilisation de ces données est importante pour permettre au matériau de détecter les stimuli externes et de réagir en conséquence.
  3.   Les données sur l’utilisation du matériau : ces données qui décrivent comment le matériau est utilisé, comme les forces auxquelles il est soumis, les mouvements qu’il effectue, etc. Ces données peuvent être utilisées pour optimiser l’utilisation du matériau et en prolonger la durée de vie.
Afin d’analyser et de mettre en relation ces données pour faciliter la prise de décisions, il est nécessaire de les capitaliser dans une base de données matériaux et dé réaliser différents calculs d’analyse : 
  • Analyse statistique : tests de signification, graphiques de tendance, diagrammes de dispersion, etc. pour explorer et comprendre les données.

  • Modélisation mathématique : les modèles mathématiques permettent de représenter les relations entre les différentes variables et prédire le comportement du matériau en fonction de différentes conditions.

  • Analyse de sensibilité : ces analyses permettent d’évaluer l’influence des différentes variables sur les propriétés du matériau et pour identifier les paramètres les plus importants à prendre en compte lors de la conception de matériaux intelligents.

  • Analyse de données multidimensionnelles : les techniques d’analyse de données multidimensionnelles, comme l’analyse en composantes principales ou l’analyse de correspondance multiple, réduisent la dimensionnalité des données et mettent en évidence les relations entre les variables.
Ces données peuvent être très sensibles et doivent être protégées contre toute utilisation abusive ou frauduleuse. Il est donc important de mettre en place des mesures de sécurité pour protéger ces données et garantir la confidentialité des informations collectées. Cela peut inclure des mesures de chiffrement, des contrôles d’accès stricts, ou encore la mise en place de procédures de gestion de la sécurité des données.

Pour plus d’informations concernant la gestion des données des matériaux intelligents et leur utilisation, prenez directement contact avec nous, nos experts matériaux sauront répondre à vos besoins.