« Aucune machine volante ne volera jamais de New York à Paris », déclarait autrefois le pionnier de l’aviation Orville Wright. Ce qui semblait impossible même aux frères Wright, pourtant visionnaires, est aujourd’hui une réalité – notamment grâce à de nouveaux matériaux qui rendent possibles les avions et les moteurs modernes. Au cours des plus de 100 ans qui se sont écoulés depuis les premiers essais de vol des frères Wright, l’aviation est non seulement devenue plus performante, mais aussi, heureusement, nettement plus sûre. Les matériaux utilisés dans la construction des avions doivent répondre aux exigences de sécurité les plus strictes, notamment en matière de protection contre l’incendie. Parallèlement, ils doivent être légers et résistants mécaniquement – et, de plus en plus, recyclables.

« Réunir toutes ces propriétés sous un même toit est un véritable défi », explique Sabyasachi Gaan, chercheur à l’Empa au sein du laboratoire « Advanced Fibers ». « Par exemple, lorsqu’on rend un matériau ignifuge, on en modifie inévitablement les autres propriétés. » Sabyasachi Gaan et son équipe se sont attaqués à ce défi en collaboration avec Elantas, partenaire industriel appartenant au groupe allemand de chimie de spécialité ALTANA, dans le cadre d’un projet soutenu par Innosuisse. Ils se sont concentrés sur un composite spécifique utilisé pour l’aménagement intérieur des avions et des trains, par exemple pour le plancher de la cabine passagers.


L’époxy devient plus durable

Ce matériau est un « sandwich » multicouche. Au centre se trouve une structure en nid d’abeille en aramide, un plastique résistant à la chaleur. Ce noyau stable et léger est recouvert, en haut et en bas, de plusieurs couches tissées à plat de fibres de verre ou de carbone. La résine époxy sert de liant, comme c’est le cas pour de nombreux matériaux composites. Normalement, ce polymère ne peut être recyclé ni chimiquement ni thermiquement – c’est-à-dire qu’il ne peut être ni fondu ni dissous. « Les composites à base d’époxy finissent aujourd’hui dans des décharges ou sont incinérés », explique Sabyasachi Gaan.

C’est précisément là que les chercheurs de l’Empa ont un atout dans leur manche. Ils ont mis au point un additif pour la résine époxy qui rend le matériau ignifuge – tout en le rendant recyclable. Si l’époxy est mélangé à cette molécule contenant du phosphore lors de sa fabrication, il peut, après durcissement, être ramolli et remodelé sous certaines conditions – c’est ce qu’on appelle le recyclage thermomécanique, ce qui était jusqu’à présent impossible pour l’époxy.



Récupération de tous les composants

Dans le cadre du projet Innosuisse, les partenaires ont toutefois poursuivi un autre objectif : le recyclage complet du matériau composite. Avec le bon solvant et un peu de chaleur, ce « sandwich » peut être décomposé en ses différents composants : la structure en nid d’abeille et les fibres tissées. Les nids d’abeilles en aramide, en particulier, mais aussi les fibres de carbone, sont relativement coûteux. Leur recyclage présente donc également un intérêt économique. « En principe, il est également possible de récupérer la résine époxy elle-même à partir de la solution. C’est ce que nous souhaitons aborder dans de futurs projets », explique Sabyasachi Gaan.

La résine époxy recyclable a été mise au point à l’Empa. En collaboration avec Elantas, les chercheurs ont désormais exploré pour la première fois son potentiel en vue d’une application industrielle. « Notre matériau respecte les normes de sécurité incendie et présente pratiquement les mêmes propriétés mécaniques avantageuses que l’époxy classique », dit Sabyasachi Gaan. « Mais il permet, pour la première fois, un recyclage complet du matériau composite. »

Les partenaires du projet se déclarent satisfaits de son déroulement. La prochaine étape consiste à poursuivre la montée en puissance de la production et du recyclage. « Pour l’industrie aéronautique, il est essentiel de concilier protection contre l’incendie, légèreté et recyclabilité. Ce système composite à base d’époxy montre que c’est désormais possible pour la première fois », explique Fiorenzo Lenzi, responsable de la gamme de produits Aérospatiale/Balistique chez Elantas.

Parallèlement, Sabyasachi Gaan et son équipe mènent déjà des recherches sur d’autres applications de ce plastique recyclable et ignifuge, notamment dans le secteur de l’énergie et dans le domaine de la construction. Le fait qu’un matériau parvienne à ce stade est également dû à la recherche fondamentale, souligne le scientifique. « Avant de pouvoir travailler sur les applications, nous devons très bien comprendre les propriétés du matériau. » Les frères Wright lui donneraient sans doute raison. Car, comme l’écrivait Wilbur Wright en 1900 dans une lettre adressée à l’ingénieur Octave Chanute : « Il est possible de voler sans moteurs, mais pas sans connaissances ni savoir-faire. »



BOX:
Des innovations pour la Suisse grâce à de nouveaux matériaux

Environ 70% de toutes les innovations reposent sur de nouveaux matériaux. Un développement de pointe en science et technologie des matériaux est donc essentiel pour un pôle d’innovation tel que la Suisse. C’est exactement ce que représente l’Empa, l'institut de recherche sur les matériaux du domaine des EPF – depuis plus de 120 ans. Des équipes interdisciplinaires explorent sans cesse de nouveaux horizons, qu'il s'agisse de batteries et de composants informatiques biodégradables, de drones capables de plonger dans l'eau en plein vol, de jumeaux numériques de villes entières, de nouvelles thérapies contre les germes résistants, de matériaux de substitution pour les substances problématiques telles que les PFAS, et bien plus encore. Grâce à d'innombrables collaborations avec des partenaires industriels et par le biais de spin-offs, la vision de l'Empa – Matériaux et technologies pour un avenir durable – est transférée à l'économie et à la société suisses.