A/ Qu'est ce que le D3O ?

Depuis plusieurs années une nouvelle catégorie de matériaux est apparue : celle des matériaux intelligents. Le d3o fait partie de cette catégorie, il s’agit d’un mélange d’un fluide non-newtonien (voir explication dans la 1ère partie) et d’un autre matériau, nous allons voir lequel dans quelques instants. Cette protection peut donc être souple ou rigide, selon les contraintes qui lui sont appliquées et est ainsi capable d’absorber l'énergie d’un impact. Au départ, ce matériau intelligent était utilisé dans le domaine militaire, pour les équipements des soldats. Ce produit s’est démocratisé et est maintenant exploité dans les domaines les plus divers: les pointes de chaussons de danse,les protections dorsales des motards, et toutes les tenues de sports exposés aux chocs. Le D3O se décline en protections pour la tête, le dos, les coudes, les genoux, les épaules et les mains (métacarpes).

source: tech21

1- Sa composition

Les inventeurs du D3O voulaient fabriquer des protections avec des fluides non-newtoniens mais pour cela il fallait trouver un moyen pour que la matière soit plus compacte et qu’elle puisse garder une certaine forme.

Le D3O est une matière orange dilatante, qui ressemble un peu à de la pâte à modeler, et qui selon sa déformation lente ou rapide, a pour particularité de changer de comportement mécanique.

Le D3O est constitué d’un fluide non-newtonien rhéoépaississant,modifié chimiquement pour absorber les chocs (on ne sait pas quelle est cette modification) composé entre autres, de milliards de colloïdes. Lorsque le fluide n’a aucune contrainte de cisaillement, les molécules colloïdales se mélangent facilement de façon uniforme. Ainsi pendant que le fluide est à l'état liquide, les colloïdes possèdent une faible charge de surface moléculaire, ils ne s’attirent pas entre eux. Mais lors d’un impact sur le fluide, l'énergie cinétique résultant de la contrainte de cisaillement va permettre aux colloïdes d’absorber l'énergie cinétique de l'impact. Les colloïdes vont s'attirer les uns les autres, en grande partie à cause des Forces de Van Der Walls. C’est pourquoi le choix de ce fluide va permettre, lors d’un choc, le durcissement de la matière et va diffuser la force de l’impact sur une plus large partie et ainsi minimiser la douleur et éviter les blessures.

D3o.com

Le deuxième constituant du D3O, le liquide porteur, est un polymère et plus particulièrement un élastomère, le polyuréthane. Ce polymère a donc été choisi pour sa capacité à s'étirer et à reprendre sa taille initiale à l'arrêt de la traction. Il a également été choisi pour son aptitude à coaguler les matières colloïdales (or le fluide rhéoépaississant est composé de particules colloïdales, molécules aux propriétés dilatantes). L'élastomère va donc permettre de donner une consistance plus visqueuse et compacte au D3O. La consistance du matériau sera ainsi comparable à de la pâte à modeler, elle sera autoportante, ainsi on pourra donner une forme adaptable et épousant toutes les parties du corps.

Qu'est ce qu'un polymère synthétique et plus particulièrement le polyuréthane ?

Habituellement nous désignons les polymères par "plastiques". Les polymères peuvent être classés en 3 groupes : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères. Ceux qui nous intèressent ici sont les élastomères, famille du polyuréthane. Le terme "élastomère" est le nom savant pour désigner les caoutchoucs.

Le polyuréthane, est un polymère d'uréthane, . Il est obtenu par d'un ioscyanate (composé chimique contenant le groupe fonctionnel isocyanate N=C=O) et d'un alcool.

Le polyuréthane posséde des qualités d'élasticité et des résistances à l'humidité.

Molécule d'uréthane:

molécule organique*

polymérisation*

2- Son fonctionnement

Nous avons donc vu que ce matériau était composé d’un fluide rhéoépaississant constitué de colloïdes, molécules en suspension, formant un tissu visqueux et souple et qui en cas de choc sont capables de se verrouiller donnant une matière compacte et dure.

Ainsi lors d’un impact sur la protection, la force est diffusée sur une surface plus large qui va ainsi minimiser voir supprimer la douleur. Cette réaction est proportionnelle à la force appliquée. Elle est donc décroissante à partir de l’épicentre de l’impact, entraînant une diffusion naturelle de la force du choc.

Comme nous pouvons le constater avec le graphique ci-dessous, la diffusion de la force de l’impact, est instantanée (environ 10 millisecondes), au niveau du pic de force de l'impact nous observons donc que les molécules colloïdales s'attirent les unes les autres formant ainsi un tissu dur et compact. Dès que l’impact est terminé le D3O retrouve sa consistance, les molécules se mélangent de façon uniforme.