Les fibres de cellulose dans les tiges des plantes augmentent la ténacité en s'enroulant autour des tubes à un angle

Les matériaux solides et rigides sans être cassants sont très utiles. Cependant, la résistance à la rupture est liée à la flexibilité, ce qui signifie que ces deux propriétés sont en conflit : les matériaux rigides et durs ont tendance à se fissurer, tandis que ceux qui ne se fissurent pas ont tendance à être plus faibles et à se plier. Les matériaux composites atteignent des performances améliorées, généralement en incorporant un matériau solide et rigide dans une matrice plus souple et plus flexible pour combiner les meilleures propriétés des deux.

Le bois est un composite de confiance que les humains utilisent pour la construction depuis des millénaires. Le bois est un composé de fibres incorporées dans une matrice, mais ses performances sont meilleures que les modèles ne le suggèrent, il devrait être basé sur sa seule composition : la disposition des fibres est importante. Dans les arbres, les tubes creux (qui servent également de récipients de transport) sont renforcés par des faisceaux de fibres de cellulose enroulés en spirale. Le bois est hiérarchisé et des faisceaux de vaisseaux forment des couches concentriques qui contribuent à la résistance et à la rigidité. Parce que les fibres sont enroulées de manière hélicoïdale, elles ne se cassent pas ou ne se retirent pas facilement de la matrice - les deux principales façons dont les composites de fibres échouent généralement. Au lieu de cela, les fibres doivent se dérouler au fur et à mesure qu'elles sont extraites et cassées, ce qui augmente l'énergie nécessaire pour fracturer le bois.

Le bambou est une herbe ligneuse avec des propriétés matérielles comparables à l'acier, dont il est souvent utilisé à la place. Comme le bois, le bambou est un composite de cellulose avec des fibres enroulées en hélice enroulées autour de faisceaux de vaisseaux creux. Cependant, la structure des vaisseaux en bambou est plus complexe. Dans le bambou, les vaisseaux sont enveloppés dans une série de couches concentriques de fibres de cellulose qui alternent entre des couches épaisses de fibres enroulées dans un sens (à un angle d'environ 45° par rapport à la verticale) et des couches minces enroulées dans le sens opposé (à un angle d'environ 5° par rapport à la verticale). Lorsqu'une plante se plie, un côté de la tige et de chaque faisceau vasculaire est comprimé, tandis que le côté opposé s'étire. Lorsque les fibres de cellulose sont comprimées, elles peuvent se gonfler et se déformer, entraînant une défaillance du matériau. L'inclusion de fines couches de cellulose enroulées de manière opposée retient les principales couches épaisses porteuses, les empêchant de se gonfler et donnant au bambou ses performances impressionnantes.

Lorsqu'ils se cassent, le bois et le bambou absorbent une grande partie de l'énergie et les tiges cassées restent souvent attachées, ce qui signifie que la rupture est plus sûre que dans d'autres matériaux.

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Le bambou possède de si bonnes propriétés structurelles qu’il est souvent utilisé comme échafaudage.

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Les séquoias sont les arbres les plus hauts du monde

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dans le bambou, d'épaisses couches de fibres enroulées en hélice sont renforcées par de fines couches de fibres enroulées de manière opposée.

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Les arbres peuvent résister à des contraintes énormes pour leur taille, mais ils peuvent quand même être brisés.

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Dernière mise à jour le 25 mars 2020