Une équipe de l’Université de technologie de Dalian montre que des coques d’aluminium en forme d’œufs, imprimées en 3D et remplies d’eau, réduisent de près de 65 % la vitesse d’un projectile. L’étude, parue dans le Journal of Applied Physics, vise la protection des engins spatiaux contre les quelque un million de débris recensés en orbite basse.
Des réseaux de coques d’aluminium creuses, imprimées en 3D et disposées en forme d’œufs, réduisent de près de 65 % la vitesse d’un projectile lors d’un impact à grande vitesse, contre environ 51 % pour des plaques d’aluminium seules. Une équipe de l’Université de technologie de Dalian, en Chine, menée par l’ingénieur Yuxin Wang, publie ses résultats le 8 septembre dans le Journal of Applied Physics.
Un mécanisme venu de la nature
Les chercheurs ont placé leurs réseaux de coques entre deux plaques d’impact en aluminium. Lors d’une collision, les coques ne se brisent pas individuellement : elles se déforment de manière coopérative, répartissant la force du choc sur l’ensemble de la structure. Chaque coquille s’effondre à son tour et absorbe une fraction de l’énergie, ce qui ralentit progressivement le projectile. Le comportement collectif distingue le réseau d’une coque isolée, dont la rupture survient dès qu’une force ponctuelle dépasse un seuil.
« Une coquille d’œuf seule se brise facilement sous l’effet d’une force locale, mais le mécanisme de protection d’un réseau de coques d’œufs est complètement différent », a expliqué Yuxin Wang dans un communiqué accompagnant la publication. Selon l’ingénieur, la déformation coopérative des unités en forme de coquille répartit la charge d’impact locale en une dissipation d’énergie sur l’ensemble de la métastructure, ce qui renforce la résistance des plaques cibles.
L’eau comme amortisseur
Le remplissage des coquilles avec de l’eau ajoute un niveau de protection supplémentaire. Sous l’effet d’un impact à grande vitesse, le liquide enfermé se déplace contre les parois internes des coques et atténue les ondes de choc avant leur propagation à travers la structure.
Trois configurations passées au banc d’essai
Par des simulations et des tests d’impression 3D, l’équipe a comparé trois dispositifs :
- des plaques d’aluminium simples, avec une réduction de la vitesse du projectile d’environ 51 % ;
- des sphères d’aluminium remplies d’eau placées entre des plaques ;
- des réseaux de coquilles d’œufs en aluminium, également remplies d’eau.
La métastructure en coquilles d’œufs remplies d’eau a surpassé les deux autres montages. Parmi les orientations testées, la disposition verticale des œufs, extrémité effilée en contact avec la plaque supérieure, s’est révélée la plus efficace.
Un million de débris en orbite basse
Le besoin de blindages améliorés se fait sentir alors que près d’un million de débris de plus d’un centimètre circulent en orbite basse terrestre, comme le rapporte Discover Magazine. À plusieurs kilomètres par seconde, un fragment de petite taille peut percer la coque d’un satellite ou endommager un vaisseau habité. Les engins actuels s’appuient en grande partie sur des boucliers de type Whipple, faits de plusieurs parois séparées par un espace destiné à fragmenter le projectile.
Le matériau n’est pas encore prêt à être déployé. Les essais se sont pour l’instant déroulés en laboratoire. L’équipe de Dalian ajuste l’épaisseur des coques, leur rapport de forme et leur disposition afin de maximiser la protection tout en réduisant le poids au minimum, une contrainte déterminante pour les charges utiles des engins spatiaux.
« Ces travaux démontrent que les métastructures bioniques et légères constituent une voie prometteuse pour la protection contre les impacts hypervéloces », a indiqué Yuxin Wang, qui espère attirer davantage l’attention sur les structures de protection bio-inspirées.
Article : « Dynamics analysis on the water-filled aluminum eggshell array metastructure under hypervelocity impact », Journal of Applied Physics (2026). DOI: 10.1063/5.0324502
