Une équipe de l’EPFL a découvert qu’un matériau souple, initialement optimisé pour l’impression 3D, pourrait résoudre un vieux défi en science des matériaux : fabriquer des élastomères imprimables en 3D à la fois résistants et durables.En 2024, le Laboratoire des matériaux souples (SMaL) de la Faculté des sciences et ingénierie de l’EPFL a présenté les élastomères granulaires à double réseau (DNGE): des matériaux de type caoutchouc composés de particules d’élastomère microscopiques reliées par un réseau d’élastomère plus souple. Les DNGE ont été conçus comme des « encres » d’impression 3D pour des structures présentant des propriétés mécaniques finement ajustées.L’équipe vient de publier une étude complémentaire dans Science Advancesmontrant que cette même architecture, qui permet d’imprimer les DNGE en 3D avec un contrôle mécanique sans précédent, offre aussi un avantage inattendu : une forte résistance à la fois à la rupture et à la fatigue. Il s’agit d’une combinaison rare, car les élastomères résistants à la rupture accumulent généralement des dommages sous l’effet de contraintes mécaniques répétées, ce qui limite leur durée de vie ; tandis que ceux qui résistent à la fatigue sont souvent sujets à la rupture s’ils sont soumis à des étirements excessifs ou à des chocs.Les élastomères granulaires à double réseau (DNGE). 2026 SMaL EPFL CC BY SA«Notre objectif initial était d’améliorer le processus, mais une fois la structure granulaire obtenue, nous avons découvert que ces matériaux étaient également très résistants», explique Esther Amstad, responsable du SMaL. «Nous avons alors compris qu’une grande partie de cette résistance provenait de mécanismes répétitifs de dissipation d’énergie: le matériau pouvait absorber de l’énergie à maintes reprises sans se rompre de manière irréversible.»Selon Esther Amstad, les DNGE peuvent surmonter le compromis classique entre ténacité et résistance à la fatigue grâce à leur structure interne d’une variété unique. «Schématiquement, les deux réseaux distincts – l’un constitué de particules d’élastomère granulaires et l’autre d’élastomère souple – se répartissent la contrainte mécanique, ce qui rend le matériau globalement plus résistant.»Des matériaux avancés plus durables Lors des tests, les DNGE optimisés ont affiché des valeurs de résistance à la rupture jusqu’à 15 fois supérieures à celles d’élastomères comparables, et des valeurs de résistance à la fatigue jusqu’à trois fois supérieures.Lorsqu’ils sont étirés, ces matériaux redistribuent les contraintes mécaniques des microparticules rigides vers les zones plus souples situées entre elles. Là, l’énergie de déformation peut être dissipée de manière répétée par le glissement et le réarrangement des chaînes polymères, plutôt que par la rupture irréversible des liaisons polymères, ce qui limite les dégâts permanents.L'impression 3D avec des élastomères granulaires à double réseau (DNGE). 2026 SMaL EPFL CC BY SALa structure granulaire des DNGE modifie aussi la façon dont les fissures se propagent à travers eux. Plutôt que de suivre un trajet rectiligne, les fissures ont tendance à se propager à travers les zones plus souples situées entre les microparticules d’élastomère, créant ainsi un parcours sinueux qui ralentit leur progression et retarde la rupture.Ces résultats suggèrent que l’architecture des matériaux du SMaL, initialement développée pour permettre une impression 3D de pointe, pourrait aussi offrir une nouvelle stratégie pour concevoir des matériaux souples plus durables. De tels matériaux pourraient contribuer à prolonger la durée de vie des robots souples, des appareils électroniques et des dispositifs biomédicaux, dont les composants sont soumis à des contraintes et des déformations répétées sur de longues périodes.L’équipe travaille déjà à l’optimisation de son matériau en termes de durabilité, par exemple en utilisant des élastomères biodégradables et ceux issus de matériaux recyclés.«Notre objectif est de réaliser des matériaux plus durables sans faire de compromis sur les propriétés mécaniques, annonce la professeure. En élargissant l’éventail des matériaux utilisables, on peut non seulement réduire l’empreinte environnementale des DNGE, mais aussi les rendre plus accessibles à tout laboratoire disposant d’une imprimante 3D commerciale.»RéférencesBaur, E., Kolinski, J. M., & Amstad, E. Fatigue-resistant and tough double network granular elastomers. Science Advances (2026). 10.1126/sciadv.aec3482