La colle secrète et les fissures cachées dans l'acier express
L'acier n'est pas un monolithe, mais une mosaïque de grains microscopiques soudés les uns aux autres. Leurs jonctions — les joints de grains — sont le point le plus vulnérable : c'est là que les fissures commencent. Les atomes d'impuretés, même en quantités infimes, s'accumulent à ces jonctions, comme du sable entre les engrenages, et peuvent soit lubrifier le mécanisme, soit le bloquer définitivement.
Les auteurs de l'étude ont « sondé » par calculs quantiques le comportement de huit éléments légers — de l'omniprésent hydrogène au soufre — sur six joints typiques dans le fer. Ils ont découvert qui agit comme une colle (carbone et bore) et qui comme un coin (hélium, oxygène, soufre). L'azote, le phosphore et l'hydrogène se sont révélés être des « éminences grises » : leur influence est plus faible, mais pas inoffensive.
Le principal résultat pratique est une base de données ouverte contenant les résultats de milliers de calculs. Elle servira d'entraîneur pour l'apprentissage profond en imagerie médicale (bien que l'article traite de matériaux et non de médecine, l'approche est similaire : les réseaux de neurones apprennent sur des données étiquetées), ce qui accélérera la création de nouveaux alliages. Au lieu de mois d'expériences, quelques heures de modélisation informatique suffisent, et l'ingénieur sait déjà quel additif introduire dans l'acier pour qu'un pont tienne cent ans de plus.
Le bore, qui agit comme une colle dans l'acier, est dans d'autres conditions la base de matériaux superdurs, proches du diamant. La nature d'un même élément peut changer radicalement selon l'environnement.
Dans le roman d'Isaac Asimov « Les Dieux eux-mêmes », les extraterrestres utilisent les différences isotopiques pour produire de l'énergie — de même ici : une infime différence dans la position d'un atome au joint de grain détermine si la structure s'effondrera ou non.