Les matériaux biomimétiques

La démarche biomimétique ne date pas d'hier. Que l'on pense à la Chauve-Souris, premier prototype de Clément Ader ! Pour être fructueuse, elle doit passer par une compréhension complète - et critique - du fonctionnement de la structure dont on souhaite s'inspirer. Pourquoi la nature a-t-elle privilégié cette solution là pour résoudre ce problème ci, compte tenu des moyens à sa disposition : matières premières, conditions de température et de pression dans l'environnement, … ? Dans le domaine des matériaux, répondre à cette question requiert une caractérisation en profondeur de la structure du matériau considéré. Cette caractérisation doit en général se faire à de nombreuses échelles, du macroscopique au nanométrique. En effet, les matériaux du monde vivant proposent de magnifiques exemples de structures hiérarchiques et sont souvent des nanomatériaux représentatifs. On peut décomposer la démarche biomimétique en trois étapes : 1) l'identification : repérage d'un matériau du vivant présentant une propriété intéressante, 2) la compréhension : sur la base de la connaissance de la structure, comment la propriété en question s'exprime t-elle ? 3) le contretypage, en utilisant des moyens qui sont en général différents des moyens naturels. En effet, les chimistes possèdent des recettes bien plus variées, souvent plus efficientes, que les voies de synthèse naturelles. A titre d'exemple, on verra pourquoi les feuilles de nénuphar servent de modèle à des nouveaux vitrages qui préservent la vision sous la pluie, comment la structure des ailes de papillons inspirent les concepteurs de matériaux aux couleurs chatoyantes, et en quoi les coquilles de mollusques ou de noix fournissent des pistes pour la recherche de matériaux composites très résistants sur le plan mécanique.

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Physique et mécanique

Forte de sa maturité, la mécanique des solides n'en est que plus sollicitée par de nombreux défis à relever dans le futur. Les enjeux sont multiples : depuis la connaissance fondamentale, jusqu'à la conception et la caractérisation de nouveaux matériaux, en passant par la maîtrise de l'hétérogénéité de milieux à comportement complexe, en passant par l'exploitation de l'imagerie bi voire tridimensionnelle via l'analyse de champ, ou encore la prédiction de la variabilité ou de la fiabilité des solides et des structures. Dans toutes ces dimensions, physique et mécanique sont indissociablement liées, s'interpellant et dialoguant pour affronter plus efficacement ces challenges. Sur le plan expérimental, les mesures physiques, de plus en plus finement résolues spatialement, permettent d'aborder directement des réponses mécaniques inhomogènes, liées au désordre constitutif des matériaux ou à leur comportement non-linéaire dans des sollicitations complexes. Sur le plan de la modélisation numérique, l'ère du progrès purement algorithmique est sans doute révolu, pour laisser place à des approches performantes exploitant les problèmes multi échelles avec discernement. Enfin, en ce qui concerne la théorie, les progrès majeurs accomplis dans le passé dans l'homogénéisation des milieux élastiques permettent de mesurer les difficultés qui sous-tendent l'abord de l'hétérogénéité pour des lois de comportement complexes (plasticité, endommagement, et rupture, matériaux amorphes, milieux divisés ou enchevêtrés, …).

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La lumière

La lumière a constitué depuis l'Antiquité un objet central de recherche. Cependant ce n'est qu'au XVIIe siècle que les théories physiques de la lumière, c'est-à-dire l'étude de la lumière et des couleurs au sens où nous l'entendons encore aujourd'hui, connurent leur véritable essor. Nous présenterons donc tout d'abord le cadre historique, conceptuel et expérimental à l'intérieur duquel se sont constituées les théories de la lumière et des couleurs au XVIIe siècle. Nous nous attacherons ensuite à suivre à travers l'analyse des principaux phénomènes (interférence, diffraction, polarisation) les enjeux du débat entre théories ondulatoires et corpusculaires. Nous consacrerons la dernière partie aux aspects contemporains des théories de la lumière dans leur rapport avec la structure atomique et la mécanique quantique.

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Le logiciel, objet de notre quotidien

Il y a à peine trente ans, le logiciel était l'apanage des systèmes de gestion ou de communication des grandes entreprises. La micro-informatique, les ordinateurs embarqués et les réseaux ont centuplé ses applications, révolutionnant la bureautique, le design industriel ou artistique, les transports, et maintenant les objets du quotidien, du téléphone au stimulateur cardiaque en passant par tout l'audiovisuel, les jeux, et bien sûr Internet. On assiste en fait à la mise en place d'un nouveau système nerveux logiciel, avec lequel nous sommes sans cesse en contact. Or, le logiciel reste un objet mystérieux pour la plupart des gens. Il est purement immatériel, ne se voit pas, ne pèse rien. Pourtant, il produit des tas d'ennuis allant de l'inconfort des interfaces homme-machine mal conçus aux problèmes de sécurité des réseaux en passant par des crashs catastrophiques de fusées ou de satellites. La qualité du logiciel devient un des points faibles de notre société. Pour les spécialistes, ce n'est pas étonnant. Le logiciel est un objet purement intellectuel d'une très grande complexité, qui ne se laisse pas appréhender pas des approches naïves. Un logiciel est formé de millions d'ordres élémentaires à une machine ultra-rapide et quasi-infaillible mais parfaitement stupide, le microprocesseur. De minuscules erreurs peuvent avoir de grandes conséquences et on ne sait pas encore se protéger. Nous essaierons de mieux faire comprendre la nature profonde de l'objet logiciel, et nous présenterons les approches scientifiques modernes qui permettront de construire des logiciels plus sûrs et d'en assurer la correction.

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