Une avancée prometteuse pour renforcer la durabilité des matériaux thermodurcissables
- Cécilia Di Quinzio
- il y a 5 jours
- 3 min de lecture
Face aux défis grandissants de durabilité dans les secteurs industriels, deux chercheurs du laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP [1]) proposent une approche innovante pour rendre les matériaux thermodurcissables nettement plus résistants à la fissuration. Leur stratégie, aussi élégante dans son principe que prometteuse dans ses résultats, pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de matériaux plus robustes et plus durables.
Comprendre un paradoxe : des matériaux solides mais fragiles
Les matériaux thermodurcissables occupent une place centrale dans l’industrie moderne. Résines époxy, composites, colles structurales ou revêtements anticorrosion : ils forment la colonne vertébrale d’applications allant du transport terrestre aux technologies spatiales.
Leur rigidité et leur capacité à conserver leurs propriétés en conditions extrêmes en font des alliés précieux. Pourtant, ces matériaux présentent une faiblesse critique : une fissure qui s’initie à la suite d’un choc se propage souvent très rapidement, menant à une rupture brutale.
Dans un contexte où ces matériaux ne sont pas recyclables, augmenter leur résistance et leur durée de vie devient un enjeu majeur à la fois scientifique, industriel et environnemental.
L’innovation : créer des domaines amortisseurs au cœur de la matière
L’approche imaginée par Julien Bernard, directeur de recherche au CNRS, en collaboration avec Frédéric Lortie, professeur à l’INSA Lyon, repose sur une idée simple : générer, directement au sein du matériau thermodurcissable, de petits domaines capables d’absorber l’énergie lorsqu’un choc survient. Pour y parvenir, les chercheurs produisent des « copolymères à blocs », c’est-à-dire des chaînes macromoléculaires composées de plusieurs blocs de compositions chimiques différentes qui, au sein du matériau, conduisent à un panel d’auto-assemblages de formes et de tailles bien définies.
Alors que certaines stratégies de renforcement reposent déjà sur l’incorporation de copolymères à blocs produits séparément (et généralement difficilement dispersables dans les monomères précurseurs du matériau), leur innovation repose sur la synthèse du copolymère directement dans l’un des précurseurs du matériau thermodurcissable.
Ce procédé permet de générer, au cœur du matériau, de minuscules « domaines » répartis de façon homogène, qui agissent comme de petits amortisseurs. Ces domaines ralentissent la progression d’une fissure sans modifier la tenue en température du matériau, un enjeu crucial.
Des performances spectaculaires avec des quantités minimes
Les premiers résultats expérimentaux se révèlent particulièrement encourageants. L’incorporation de seulement 1% de ce copolymère suffit à augmenter d’environ 80 % la résistance à la propagation des fissures.
Dans le domaine des matériaux, où chaque pourcentage de gain se paye généralement au prix d’importants compromis, une telle amélioration, obtenue avec une quantité si faible d’additif, est remarquable.
Un potentiel d’application très large
Encore au stade de démonstration, cette stratégie laisse entrevoir de nombreuses perspectives. Elle pourrait être adaptée à d’autres familles de thermodurcissables et être mise en œuvre dans des applications variées, de l’aéronautique au secteur de l’énergie, en passant par le bâtiment. Elle s’inscrit plus largement dans les enjeux d’économie de ressources et de durabilité, au cœur des priorités de recherche de l’INSA Lyon.
« À l’IMP, même lorsque nous faisons de la recherche fondamentale, nous avons toujours en tête l’idée d’imaginer des solutions qui puissent être un jour transposables à l’échelle industrielle, assure Frédéric Lortie. Ce que nous développons doit rester réaliste, compatible avec les matériaux et les procédés utilisés dans l’industrie. »
Une reconnaissance internationale
Les conclusions de l’étude ont été publiées dans Angewandte Chemie International Edition, l’une des revues de chimie les plus prestigieuses, où l’article a été distingué en tant que Hot Paper, un label réservé aux travaux les plus innovants et susceptibles d’influencer durablement leur domaine.
Un hommage à un pionnier des matériaux polymères
Cette recherche porte également une dimension humaine particulière. Elle rend hommage à Jean-Pierre Pascault, figure essentielle du Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires (aujourd’hui IMP) de l'INSA Lyon, décédé en 2020. Initiateur de ces travaux dès la fin des années 1990, il a marqué plusieurs générations de chercheurs. Cette publication s’inscrit dans la
continuité de son héritage scientifique.
[1] IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères - UMR 5223, sous la tutelle de INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, Université Jean Monnet Saint-Étienne et le CNRS.
