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Un matériau qui se cicatrise mis au point avec la collaboration d’Arkema

Un caoutchouc coupé ou déchiré peut-il être réparé par une simple remise en contact à température ambiante ? C’est possible grâce à la découverte de l’équipe de Ludwik Leibler du laboratoire Matière molle et chimie (CNRS/Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris, ESPCI). Arkema, partenaire de la recherche, développe des produits basés sur cette technologie en vue d’une production industrielle. Ces travaux sont publiés le 21 février dans la revue Nature.



Un caoutchouc est capable de subir des déformations de 100 à 500% et de revenir à sa forme initiale sans déformation rémanente notable. Cette propriété est réservée aux réseaux macromoléculaires constitués de chaînes macromoléculaires reliées solidement entre elles par des liaisons fortes. Mais les réseaux supramoléculaires formés de petites molécules sont des matériaux vitreux ou semi-cristallins. Ils ne supportent pas de grandes déformations. Pour former un réseau, il faut disposer de molécules ditopiques, capables de s’associer à deux autres molécules, et tritopiques, capables de s’associer à trois autres molécules. La difficulté consiste à réaliser la synthèse de telles molécules, et à assurer dans un deuxième temps la compatibilité du mélange et éviter sa démixtion. Les chercheurs du laboratoire y sont parvenus avec un mélange de petites molécules d’acides gras portant une variété de groupements hétéroatomiques (amide, urée, N-carbamyl, imidazolidone), tous susceptibles de s’associer les uns aux autres par des liaisons hydrogène.




Chimie verte



A température ambiante, le matériau se comporte comme un caoutchouc. A température plus élevée (130-150°C) il est capable de s’écouler et il peut être mis ou remis en forme. Les chercheurs ont utilisé des mélanges d’acides gras disponibles en large quantité et variétés, ce qui rend le produit économique. Les produits sont d’origine végétale (pin, tournesol, maïs, colza) essentiellement non toxiques et renouvelables, ce qui les rangent dans la catégorie des matériaux de la chimie verte.



Les chercheurs ont aussi constaté que ce design à partir de petites molécules conférait au matériau la possibilité de se réparer spontanément. Ces caoutchoucs supramoléculaires ne soient pas adhésifs, mais après coupure, les surfaces se recollent si on les remet en contact, sans qu’il soit nécessaire de chauffer ou d’appliquer une forte pression. Une fois réparé, l’échantillon est de nouveau capable de tolérer des déformations considérables (de 100 à 400%) avant de se rompre de nouveau. Le processus peut être répété plusieurs fois, la réparation peut s’effectuer plusieurs heures après l’endommagement. Les applications peuvent toucher des domaines variés depuis le bâtiment jusqu’aux hautes technologies.



michel.deprost@free.fr


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