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La réparation magnétique des plastiques pourrait augmenter leur durée de vie

La sobriété matérielle, qui consiste à limiter la consommation de matériaux, constitue donc un levier majeur pour diminuer l’impact de nos sociétés sur l’environnement. Bien qu’il semble désormais utopique de se passer des plastiques, l’espoir réside néanmoins dans le fait qu’une grande partie d’entre eux, dits thermoplastiques, ont la faculté de se déformer ou de s’écouler lorsqu’ils sont chauffés.

Cette propriété permet de les remodeler, offrant ainsi la possibilité de les réparer et de les réutiliser directement, ce qui présente une alternative moins coûteuse qu’un recyclage chimique. Parmi les diverses méthodes qui existent pour chauffer et réparer les plastiques, le chauffage par induction magnétique constitue un moyen rapide et efficace d’échauffer localement la matière. Cette technique, notamment utilisée comme traitement contre certains cancers, peut être également employée pour réparer les plastiques, permettant ainsi d’accroître leur temps de vie.

Une rapide rétrospective montre que la réparation des matériaux plastiques est un sujet qui passionne la communauté scientifique depuis quelques décennies. Ce sujet a connu un véritable "boom" en 2008 avec la découverte d’un nouveau type de matériau capable de s’autoréparer à température ambiante : les vitrimères. On parle alors d’autoréparation, d’autocicatrisation ou de self-healing en anglais. Bien que de nombreux progrès en chimie ont depuis lors permis de diversifier les solutions, les matériaux autoréparables ne sont pour autant pas véritablement sortis des laboratoires de recherche et peinent toujours, plus de 15 ans après, à trouver leur place dans l’industrie.

Si la raison principale de leur manque d’applicabilité est parfois à chercher au niveau de leur prix et de leur complexité chimique, une autre raison plus fondamentale réside dans l’incompatibilité entre capacité à s’autoréparer et rigidité élevée – la première nécessitant une grande mobilité moléculaire et la seconde de fortes liaisons entre les constituants de la matière. En outre, l’industrie du plastique et ses procédés de fabrication étant arrivés à maturation, c’est tout un écosystème qu’il faut repenser pour inclure la production d’une part significative de matériaux innovants.

Contrairement au cas des matériaux autocicatrisants qui ne nécessitent aucune intervention extérieure, une stratégie alternative, appelée le stimulus-healing, consiste à apporter de l’énergie pour chauffer et réparer les matériaux thermoplastiques. En fonction du matériau et de l’application visée, le mode de chauffage peut prendre plusieurs formes telles qu’un transfert thermique (par contact direct ou via l’air environnant), une onde acoustique, une micro-onde, un laser ou un champ magnétique oscillant appliqué grâce à une bobine (électro-aimant).

Dans le dernier cas, l’opération consiste à intégrer dans le matériau plastique une faible quantité de particules magnétiques (1 à 5 % de son volume). Ces particules sont en effet capables de transformer le stimulus magnétique oscillant en chaleur au sein même de la matière, grâce à un phénomène appelé hyperthermie magnétique. Pour atteindre des températures de l’ordre de 150-200°C, il est commun d’utiliser des champs magnétiques ayant une intensité de quelques milliteslas (l’équivalent d’un aimant de réfrigérateur) et une fréquence d’environ 500 kHz (contre 20 à 100 kHz pour une plaque induction standard).

Cette technologie a l’avantage de pouvoir être utilisée sur des matériaux dotés de propriétés mécaniques très différentes, ce qui permet de l’appliquer sur une large gamme de plastiques. En effet, elle a récemment été employée pour traiter des matériaux de grande consommation tels que le polypropylène (utilisé pour faire des pare-chocs de voiture) ou certains polyuréthanes souples (employés comme gaine d’isolation électrique).

Un autre avantage que présente cette technique est de pouvoir lisser une pièce rugueuse pour effacer ses défauts en surface. Cela est particulièrement utile pour des pièces imprimées en 3D dont la rugosité diminue sensiblement les performances mécaniques et rend l’aspect peu attractif. Cette technique offre la possibilité de chauffer sans contact ni besoin de faire parvenir la lumière, et fonctionne donc dans des matériaux opaques. Elle offre un grand contrôle, étant donné que la quantité de chaleur dégagée peut être contrôlée par les caractéristiques du champ magnétique, mais aussi par la quantité et la nature des particules stimulables. La localisation des particules permet également de chauffer sélectivement une zone désirée.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

The Conversation

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