Une nouvelle protection anticorrosion qui se répare d'elle-même
Après une découverte fortuite, des chercheurs de l'ETH ont mis au point une protection exceptionnelle contre la corrosion : Elle brille aux endroits où elle n'est pas endommagée, se répare d'elle-même - et peut être réutilisée plusieurs fois.
Gratte-ciel, ponts, bateaux, avions, voitures - tout ce que l'homme crée se dégrade t?t ou tard. L'usure du temps s'appelle la corrosion, et rien ne l'arrête.
La lutte contre la corrosion est par conséquent co?teuse : tous les pays réunis investissent chaque année environ 3,5 pour cent du produit intérieur brut mondial dans la protection contre la corrosion, soit environ 4000 milliards de dollars américains. Un marché énorme. Et un problème gigantesque.
Les chercheurs de l'ETH menés par Markus Niederberger et Walter Caseri du laboratoire des matériaux multifonctionnels présentent maintenant une nouvelle solution : ils ont développé ces dernières années un plastique qui pourrait fortement améliorer et simplifier la protection contre la corrosion. Ce matériau miracle s'appelle poly(phénylèneméthylène), en abrégé PPM.
Ce nouveau matériau anticorrosion fait d'une pierre plusieurs coups. Mélangé sous forme de peinture et chauffé, le PPM peut être vaporisé sur une surface et se solidifier. Le polymère signale les trous et les fissures dans la couche protectrice par une absence de fluorescence.
De plus, il répare lui-même les dommages sans autre intervention extérieure. Et à la fin de la durée de vie d'un produit, le polymère peut être entièrement détaché et recyclé avec une perte de matériau minime. Le produit recyclé peut être appliqué sur une autre surface sans que les propriétés et fonctions spécifiques du polymère ne soient perdues.
Le hasard a aidé
Au début du développement, il y avait le pur hasard. Il y a une dizaine d'années, des chercheurs du laboratoire de Niederberger travaillaient sur la production de nanoparticules dans un solvant organique spécial. Dans certaines conditions, le solvant s'est solidifié, il s'est polymérisé. "C'était involontaire et non souhaité", se souvient le professeur de l'ETH. "Au début, nous ne savions d'ailleurs pas quoi en faire".
Mais ils ont ensuite découvert que le polymère créé par hasard, appelé PPM, présentait, outre sa grande stabilité thermique, une autre propriété intéressante : il était fluorescent alors que, selon les idées re?ues, il ne devrait pas l'être du tout - et ils l'ont développé de manière ciblée. Un doctorant a d'abord amélioré la synthèse du polymère. Ensuite, son successeur, le doctorant Marco D'Elia, a été chargé de trouver une application judicieuse pour le PPM.
"Et il a accompli cette mission avec brio", se réjouit Walter Caseri, qui a encadré D'Elia. Ses contacts avec les spécialistes de la corrosion de l'Università degli Studi di Milano se sont avérés fructueux.
Facile à utiliser, polyvalent
Des tests en laboratoire ont en effet montré qu'un revêtement à base de PPM protège bien les métaux, notamment l'aluminium, contre la corrosion. Bien que la couche de protection puisse être appliquée jusqu'à dix fois plus finement que les moyens de protection traditionnels, par exemple à base de résines époxy, elle est durable.
Dernier point, et non des moindres, le polymère referme de lui-même les dommages dans le revêtement. "Les mécanismes d'autoréparation sont très demandés, mais il est très difficile de les obtenir et les bonnes solutions sont jusqu'à présent rares", souligne Caseri. Pour parvenir à l'autoréparation, on utilise généralement des additifs chimiques qui sont chassés du polymère au fil du temps et se retrouvent dans l'environnement. Ce n'est pas le cas du PPM : "Ce matériau ne nécessite aucun additif", souligne le professeur titulaire.
Le PPM est également plus durable que les matériaux anticorrosion utilisés jusqu'à présent, car il peut être entièrement détaché et recyclé à la fin de la vie du produit. Certes, un peu de matériau polymère est perdu, mais le taux de recyclage est très élevé, puisqu'il atteint 95 pour cent. Lors de leurs tests, les chercheurs ont pu réutiliser le matériau cinq fois.
Des études sur la durabilité de la protection anticorrosion à base de PPM démontrent en outre que le polymère obtient de meilleurs résultats que les matériaux anticorrosion à base d'époxy, tant en ce qui concerne l'impact sur l'environnement que sur la santé humaine. "Au final, il n'y a que deux solutions d'élimination pour les résines époxy : L'incinération ou la mise en décharge", explique Marco D'Elia. "Notre produit emprunte la troisième voie : celle du recyclage".
"Le projet montre la polyvalence de la Science et ingénierie des matériaux"
La protection anticorrosion PPM n'est toutefois pas totalement inoffensive pour l'environnement. "Les produits synthétiques ont toujours un impact. Mais si l'on choisit la bonne procédure, on peut les limiter fortement", explique l'ancien doctorant, qui espère une commercialisation de la protection anticorrosion.
Les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour leur invention. Il est encore en suspens. En outre, ils sont actuellement à la recherche d'un partenaire industriel qui pourrait développer le produit, le fabriquer à grande échelle et le commercialiser. Au vu du volume du marché mondial, D'Elia estime que le potentiel est très important. "Notre technologie est assez avancée, mais pour pouvoir vendre un produit, nous devons encore l'améliorer", dit-il.
Walter Caseri, quant à lui, est fier de ce qu'il a accompli. La synthèse chimique, la caractérisation de la structure moléculaire et l'étude des propriétés du matériau, comme la fluorescence, qui n'était pas attendue pour ce type de polymère, montrent "toute la polyvalence de la Science et ingénierie des matériaux".
La technique de fabrication, qui est également un pilier important de son département, a également été mise à contribution. "Et maintenant, nous avons une application formidable. Nous avons couvert tous ces éléments fondamentaux de la recherche sur les matériaux avec ce projet", rapporte Caseri avec enthousiasme.
En outre, ce projet montre l'importance de la collaboration internationale. Dans ce projet, les chercheurs de l'ETH ont travaillé avec des universités partenaires en Espagne, en Autriche, en Italie ainsi qu'en Grande-Bretagne.
Référence bibliographique
D'Elia MF, Magni M, Romanò T, Trasatti SPM, Niederberger M, Caseri WR : Smart Anticorrosion Coatings Based on Poly(phenylene methylene) : An Assessment of the Intrinsic Self-Healing Behavior of the Copolymer. Polymers 2022, 14, 3457. doi : page externe10.3390/polym141734571