Des chercheurs de l’Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M) et de l’Institut de Chimie Radicalaire (ICR) d’Aix-en-Provence ont mis au point un additif qui permet aux matériaux thermoplastiques de s’auto-réparer avec de la lumière. Ces travaux ont été publiés en novembre dans la revue Advanced Functional Materials.
Pour accroître la durée de vie des pièces en matière plastique, la recherche explore depuis quelques années la piste des polymères capables de réparer les fissures qui peuvent apparaître avec le vieillissement du matériau.
Les thermoplastiques, que l’on trouve dans la plupart des produits en matières plastiques mis sur le marché, possèdent une structure polymère réversible sous l’action de la chaleur. Cette caractéristique, qui leur permet de passer d’un état solide à un état liquide, rend possible leur recyclage et pourrait également faciliter la réparation des pièces.
En appliquant localement une chaleur dépassant le seuil de transition vitreuse (Tg) du matériau, il serait ainsi possible de combler certaines fissures ou défauts qui apparaissent lors du vieillissement de la pièce. Cette opération nécessite cependant de fortes températures selon le thermoplastique employé, ce qui empêche une action circonscrite à une zone précise et présente le risque de nuire aux propriétés mécaniques de l’ensemble de la pièce.
Plusieurs travaux ont montré l’efficacité de certains additifs, comme des nanotubes de carbones, des carbures de silicium et des oxydes de graphène, qui permettent d’absorber localement l’énergie d’une lumière proche infra-rouge et de chauffer la pièce à des endroits ciblés.
Ces solutions offrent cependant des résultats limités : ces charges étant peu solubles dans le polymère, elles diminuent de manière importante les propriétés mécaniques de la pièce. Et la chaleur dégagée, souvent peu importante, peine à faire dépasser le seuil de Tg. Les chercheurs de l’IS2M et de l’ICR ont découvert que l’utilisation d’un colorant organique, l’IR-813, permettait d’atteindre la température de transition vitreuse d’un thermoplastique à base d’acrylate sous l’action d’une lumière proche infra-rouge.
L’ajout de moins de 0,1% de colorant, associé à une faible température de transition vitreuse du polymère, permet de produire un plastique capable de se réparer sous l’action d’une irradiation dans des longueurs d’ondes comprises entre 785 et 850 nm.
En absorbant ces longueurs d'onde, l’IR-813 permet au matériau de dépasser localement les 100°C, Tg du thermoplastique utilisé, et de permettre ainsi le réarrangement moléculaire du matériau.
Le thermoplastique peut donc se réparer et être remodelé aisément, au moyen d’une source de lumière peu coûteuse. Les chercheurs ont annoncé que d’autres recherches seront menées prochainement avec d’autres thermoplastiques, possédant des seuils de transition vitreuse différents, pour élargir la gamme des applications possibles.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
