Quel matériau a la plus grande résistance à la traction?
Le matériau ayant la plus grande résistance à la traction est la fibre de nanotubes de carbone. C'est également le matériau le plus rigide connu, avec un module d'élasticité extrêmement élevé, ce qui signifie qu'il ne s'étire pas facilement. Les nanotubes de carbone peuvent être visualisés sous forme de feuilles de graphène enroulées en cylindres de la largeur d'une molécule.
Ces cylindres peuvent avoir des parois simples (SWNT ou nanotubes de carbone à paroi unique) ou multiples (MWNT ou nanotubes de carbone à parois multiples). Les nanotubes de carbone à parois multiples ont été mesurés comme le matériau le plus résistant à la traction, mesurant 63 GPa (gigapascals) pour les essais à l'échelle atomique, bien en deçà du maximum théorique de 300 GPa. Les scientifiques n'ont pas encore été en mesure de produire cette résistance à la traction dans des matériaux en vrac, bien que les travaux se poursuivent et qu'un succès éventuel semble probable.
Contrairement aux nanotubes de carbone, l'acier à haute teneur en carbone a une résistance à la traction d'environ 1,2 GPa. La fibre en vrac de nanotubes de carbone a été créée avec une résistance à la traction de 1,6 GPa, soit la résistance à la traction la plus élevée de toutes les fibres, naturelles ou artificielles, de plus d'un ordre de grandeur. D'autres améliorations d'un autre ordre de grandeur semblent plausibles au cours des prochaines décennies. La fibre de nanotubes de carbone est tellement solide qu'une corde de 50 000 km (31 070 milles) de long pourrait être étendue de la surface de la Terre à une orbite géosynchrone sans se rompre. Ce concept est connu sous le nom d'ascenseur spatial.
En mai 2007, des chercheurs financés par la US Navy ont réussi à fabriquer des nanotubes de carbone d’une longueur supérieure à 2 mm, le plus long à ce jour. Le rapport longueur / largeur de ces nanotubes est d'environ 900 000 à 1. La Marine s'intéresse naturellement aux fibres ayant la plus grande résistance à la traction, car elle utilise des cordes à de nombreuses fins, telles que l'amarrage, la fixation de cargaison, etc. Des fibres plus résistantes permettraient une immersion totale. Les ROV (véhicules télécommandés) pèsent plus, vont plus loin et sont plus sûrement liés à leurs stations de base, ce qui est pertinent au regard d’un ROV japonais de 15 millions de dollars, l’un des plus avancés au monde, qui a récemment été perdu au cours d’une forte tempête. Ainsi, les fibres les plus résistantes à la traction renforceraient notre capacité à explorer les fonds marins.
Des avantages similaires pourraient se propager dans tous les domaines de l'ingénierie et de la conception. Les ponts pourraient être beaucoup plus solides si la fibre de nanotubes de carbone devenait plus abordable. Actuellement, cela coûte des centaines ou des milliers de dollars par gramme, mais le coût a chuté de façon exponentielle ces dernières années.