Imaginez un tisonnier plongé dans le foyer d'un haut-fourneau. L'acier ordinaire ramollit et se déforme en quelques minutes. Les superalliages à base de nickel, qui servent à fabriquer les aubes de turbines des réacteurs, tiennent jusqu'à 1300 °C, mais au-delà, ils cèdent à leur tour. Maintenant, regardez ce nouvel alliage à base de niobium : à 1500 °C, il conserve une résistance comparable à celle de l'aluminium à froid.
Le secret du matériau réside dans son architecture interne. Lors de la solidification du mélange en fusion de niobium, de molybdène et de carbone, il se forme un eutectique, une structure en couches, semblable à un mille-feuille, où de fines lamelles de carbure de niobium alternent avec des plaques de solution métallique. Les couches de carbure, épaisses de 166 nanomètres, jouent le rôle d'armature dans le béton : elles reprennent la charge et empêchent le métal de fluer. Les intercalaires métalliques, trois fois plus épais, assurent la ductilité pour que le matériau ne se fissure pas sous un choc.
Les scientifiques ont soumis l'alliage à des essais de traction à température ambiante, à 1300 °C et à 1500 °C. À température ambiante, il a supporté 597 MPa, à 1300 °C, 293 MPa, et à 1500 °C, 188 MPa. Ensuite, les échantillons ont été maintenus 100 heures à 1400 °C, puis réexaminés au microscope : l'espacement entre les lamelles de carbure n'a pas changé, même d'un dixième de nanomètre. Cela signifie que le matériau ne se dégradera pas lors d'une utilisation prolongée.
Pour l'instant, l'alliage est limité par sa ductilité à température ambiante : elle est d'environ 1 %, et la rupture commence au niveau de petites porosités de coulée. Mais ces défauts peuvent être éliminés en améliorant le procédé. Dès aujourd'hui, le matériau est prêt pour des applications dans les chambres de combustion, les tuyères et les boucliers thermiques, où l'on a besoin de résistance entre 1300 et 1500 °C et où un coût réduit est important. Et à terme, de tels alliages eutectiques pourraient devenir la base de moteurs de nouvelle génération fonctionnant au-delà des limites des superalliages de nickel.
La température de fusion de l'alliage NMC-1 est de 2311 °C, soit seulement 166 °C de moins que celle du niobium pur. De plus, le coût des matières premières n'est que d'environ 85 $ le kilogramme, ce qui est comparable au prix de certains aciers inoxydables.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Les Fontaines du paradis », un ascenseur spatial nécessite un matériau d'une résistance fantastique à haute température. Bien que le NMC-1 soit loin de telles exigences, l'idée même de durcissement eutectique fait écho à la recherche de matériaux capables de résister à des conditions extrêmes.