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Des chimistes français développent des matériaux auto-cicatrisants simples

Industrie et  Technologies
Le professeur Ludwik Leibler et son équipe de Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris ont utilisé des molécules d'acides gras issues de l'huile végétale, pour créer un matériau ayant un comportement similaire au caoutchouc et se r


Le professeur de chimie Ludwik Leibler, aidé de son équipe du Laboratoire Matière Molle et Chimie de l'Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris (UMR7167 du CNRS), a mis au point un matériau présentant des caractéristiques similaires au caoutchouc, qui s'auto-répare à température ambiante.

Celui-ci est composé d'un arrangement dans un réseau supra-moléculaire de petites molécules d'acides gras di et trifonctionnelles portant une variété de groupements hétéroatomiques (amide, urée, N-carbamyl, imidazolidone), tous susceptibles de s'associer les uns aux autres par des liaisons hydrogène. Les chercheurs ont préféré ce mélange à une molécule unique qui aurait davantage tendance à former un arrangement cristallin.

Cette découverte, vient de faire l'objet d'une publication dans la revue Nature, est très intéressante car l'élasticité est une propriété traditionnellement associée aux macromolécules, alors que les assemblages de petites molécules sont généralement trop cristallins pour être pliés. De plus, les matériaux auto-cicatrisants créés jusqu'à maintenant, nécessitaient de la chaleur et/ou une forte pression pour se réparer.

« L'auto-réparation est rendue possible grâce à la présence en excès de liaisons hydrogènes libres à longue durée de vie à la surface de la coupure », explique Ludwik Leibler. 
 



Démonstration des propriétés auto-cicatrisantes du caoutchouc en 4 étapes :
coupure, mise en contact, cicatrisation, test d'étirement.


Notons que le matériau n'est pas adhésif et qu'il faut donc rapprocher les surfaces originelles qui ont été séparées. Cette réparation ne peut intervenir que si les surfaces n'ont pas été séparées depuis plus d'une semaine à température ambiante, ou si l'on maintient un équilibre thermique qui prévient la reconnexion des liaisons hydrogènes. Une fois réparé, l'échantillon est de nouveau capable de tolérer des déformations considérables (de 100 à 400%) avant de se rompre de nouveau.

« Du point de vue du chimiste, l'utilisation de dérivés d'acides gras pour construire un matériau multi-fonctionnel et de nouveaux groupes fonctionnels capables de s'associer via les liaisons hydrogènes, ouvre un boulevard au développement de nouveaux matériaux », estime Ludwik Leibler. C'est bien entendu ce qu'espère le groupe de chimie Arkema, associé aux recherches, qui compte mettre des matériaux auto-cicatrisants sur le marché dans les années à venir.

De son côté, Krzysztof Matyjaszewski, chimiste spécialiste des polymères à la Carnegie Mellon University, insiste sur l'utilisation d'une ressource simple, non toxique et renouvelable, l'huile végétale (pin, tournesol, maïs, colza), comme source d'acide gras. Il remarque que les précédentes recherches sur les matériaux auto-cicatrisants nécessitaient une chimie et des processus beaucoup plus complexes.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.espci.fr & http://www2.cnrs.fr




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