Des chercheurs se sont inspirés de la structure des os humains pour imprimer en 3D un matériau très robuste. En plus d’être utile dans le domaine de la construction, cette avancée pourrait également nous aider à mieux traiter l’ostéoporose.

S’inspirer de la nature

Le potentiel de l’impression 3D dans le milieu de la construction est immense, et nous n’en sommes qu’à ses prémices. Elle a ainsi fait ses preuves à maintes reprises, nous permettant de construire des bâtisses en un temps record et à un prix moindre. En outre, l’impression 3D offre un large panel de matériaux à utiliser, et encore mieux, elle donne l’opportunité d’en créer de nouveaux.

Dans ce domaine, la nature est l’une des meilleures sources d’inspiration : ses mécanismes ont évolué pendant des millions d’années afin d’être les plus performants possibles. Le corps humain ne fait évidemment pas exception à cette règle, et des chercheurs des universités de Cornell, Purdue et Case Western Reserve se sont inspirés de l’os pour mettre au point ce nouveau matériau de construction.

Pourquoi l’os ?

C’est plus précisément la structure même des os qui a interpellé les scientifiques. Ils sont en effet composés de trabécules qui sont des sortes de poutres et de colonnes spongieuses : plus elles sont denses, plus l’os est robuste. “L’os est un bâtiment. Il possède des colonnes qui portent la plupart des charges et des poutres reliant ces colonnes. Nous pouvons apprendre de cela afin de créer des matériaux imprimés en 3D plus solides pour les bâtiments ou même d’autres structures”, a expliqué Pablo Zavattieri, professeur à l’université de Purdue.

Les scientifiques ont ainsi reproduit la structure des os en polymère en utilisant l’impression 3D. Ils ont également pris soin d’effectuer des simulations dans lesquelles les poutres étaient plus épaisses que dans d’autres, et sont parvenus à des résultats utiles pour plusieurs domaines, comme ils l’ont détaillé dans leur étude parue dans la revue PNAS.

La structure d'un os

La structure d’un os est complexe lorsqu’on l’observe de près © Cornell University photo/Christopher Hernandez

Des avancées notables

Ils ont ainsi épaissi les poutres d’environ 30%, et ont remarqué que le matériau pouvait tenir 100 fois plus longtemps grâce à cette technique. En fait, plus elles étaient massives, plus le matériau pouvait porter des lourdes charges. Cette découverte est d’une grande importance pour la santé humaine. En effet, les trabécules sont affectées par l’âge et perdent leur densité, ce qui rend les os plus fragiles. Grâce à leurs simulations, les chercheurs se sont rendus compte que le poids s’accumulait au niveau des poutres, et que les consolider permettait de renforcer la structure.

Ils espèrent que cette découverte permettra de développer de meilleurs traitements pour les maladies osseuses, notamment l’ostéoporose. Par ailleurs, l’épaississement des poutres n’a pas considérablement augmenté le poids du matériau en lui-même, il pourrait ainsi être particulièrement utile pour les constructions futures en les rendant encore plus robustes sans les alourdir.