Des chercheurs de Berkeley, d'Oxford et d'institutions partenaires rapportent dans Nature que deux alliages niobium-titane ont résisté à la fissuration à 20 kelvins grâce au maclage nanométrique, une piste pour les matériaux du froid extrême.

Des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley, du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l'Université d'Oxford rapportent que deux alliages métalliques expérimentaux sont restés remarquablement tolérants aux dommages à 20 kelvins, soit -253 °C (-424 °F), une température à laquelle des métaux comparables deviennent normalement fragiles. L'étude, publiée le 14 octobre dans Nature, porte sur les métaux cubiques centrés, une famille qui comprend le fer, le tungstène et le chrome et qui est connue pour sa transition ductile-fragile par grand froid. Selon l'équipe, aucun des deux alliages, tous deux à base de niobium et de titane, n'a montré de glissement mesurable vers un comportement fragile à la température la plus basse testée.

Les chercheurs expliquent ce résultat par une autre manière de gérer la contrainte. Ces métaux se déforment d'ordinaire par le déplacement de défauts cristallins appelés dislocations, mais celles-ci deviennent plus difficiles à déplacer quand la température baisse, si bien qu'une petite fissure peut se propager et provoquer la rupture. Dans les nouveaux alliages, l'équipe a observé un maclage nanométrique, où de petites zones du cristal se réorganisent en motifs en miroir, accompagné d'un changement local de la structure cristalline. Lorsque ces zones rencontrent les joints entre cristaux voisins, elles concentrent la contrainte et génèrent de nouvelles dislocations, offrant au métal d'autres moyens de se déformer au lieu de se fissurer. Les expériences ont utilisé un refroidissement à l'hélium et un faisceau de neutrons à l'ISIS Neutron and Muon Source, dans l'Oxfordshire, pendant l'étirement des échantillons, puis la microscopie électronique, la sonde atomique et la modélisation numérique.

Les auteurs estiment que ce résultat modifie la façon de comprendre la fragilité de ces métaux : la capacité à créer de nouvelles dislocations aux interfaces pourrait compter autant que la facilité de déplacement des dislocations existantes. Ils y voient une voie pour concevoir des métaux de structure destinés aux conditions cryogéniques, avec une pertinence possible pour l'énergie, les transports et l'aérospatiale. Les résultats proviennent d'essais en laboratoire sur deux alliages expérimentaux, et ce compte rendu s'appuie sur un communiqué universitaire diffusé par ScienceDaily plutôt que sur une lecture indépendante de l'article ; on ignore donc encore avec quelle facilité l'approche pourra être transposée à des matériaux commerciaux.