Résumé :
Depuis longtemps, les cabines d'avion modernes utilisent largement des matériaux composites pour répondre à des exigences strictes telles que la légèreté, la haute résistance et la résistance au feu. Cependant, ces matériaux sont souvent difficiles à recycler en fin de vie et finissent dans les décharges ou l'incinération. Aujourd'hui, des chercheurs suisses ont développé un nouveau matériau composite à base de résine époxy qui devrait changer cette situation et apporter des solutions plus durables à l'industrie aéronautique et même au secteur du transport ferroviaire.
La recherche a été réalisée par le Laboratoire fédéral suisse pour la science et la technologie des matériaux (Empa) en partenariat avec l'entreprise chimique spécialisée Elantas. L'équipe de recherche a développé avec succès un nouveau système de matériaux composites à la fois ignifuge et recyclable. Sa principale avancée réside dans l’amélioration de la résine époxy traditionnelle.
La résine époxy est largement utilisée dans les composites techniques modernes en raison de sa capacité à combiner fermement différents matériaux pour former une structure globale à la fois légère et très résistante. Cependant, cet avantage pose également un problème qui tourmente depuis longtemps l’industrie. La résine époxy traditionnelle est un plastique thermodurcissable qui forme une structure moléculaire réticulée stable et permanente pendant le processus de durcissement, conférant ainsi au matériau d'excellentes propriétés mécaniques, résistance à la chaleur et stabilité dimensionnelle. Mais en même temps, cette structure rend également le matériau difficile à démonter, ce qui rend presque impossible un recyclage efficace des matériaux composites.
Un additif contenant du phosphore développé par des chercheurs change cela. L'additif, lorsqu'il est mélangé à de la résine époxy pendant le processus de fabrication, confère non seulement au matériau des propriétés ignifuges, mais permet également au matériau durci de se ramollir et même de se séparer dans certaines conditions, rendant ainsi le recyclage possible.
L'équipe de recherche s'est cette fois concentrée sur un matériau composite structurel en « nid d'abeilles sandwich » largement utilisé à l'intérieur des avions et des trains. Ce type de matériau est généralement constitué d'une âme légère en nid d'abeille en aramide, recouverte d'une couche de tissu en fibre de verre ou en fibre de carbone à l'extérieur, puis les différentes parties sont fermement liées avec de la résine époxy. En raison de sa haute résistance, de sa légèreté et de son excellente résistance au feu, il est largement utilisé dans les planchers de cabines d’avions, les intérieurs de trains et les structures internes d’autres équipements de transport.
Sabyasachi Gan, chercheur au Laboratoire de fibres avancées de l'Empa, a déclaré que dans le domaine de l'ingénierie, c'est un énorme défi de se concentrer sur la légèreté, la résistance mécanique, la résistance au feu et la durabilité dans le même matériau. Dans de nombreux cas, lorsqu’un matériau acquiert une propriété, il en sacrifie souvent d’autres.
Dans le cadre d'un projet soutenu par l'Agence Suisse de l'Innovation, l'équipe de recherche et Elantas ont vérifié le processus de recyclage de l'ensemble de la structure composite. Les résultats montrent que le matériau composite peut être démonté en ses composants d'origine en utilisant uniquement des solvants appropriés et une chaleur modérée, récupérant avec succès la structure en nid d'abeilles en aramide et les couches de fibres de verre ou de fibres de carbone.
Cette réalisation a une signification pratique importante. Qu'il s'agisse de matériaux en nid d'abeilles en aramide ou de fibre de carbone, le processus de fabrication nécessite des coûts élevés et d'importants apports énergétiques. Si ces matériaux de grande valeur peuvent être réutilisés une fois le produit mis hors service, cela réduira non seulement la production de déchets, mais contribuera également à réduire les coûts globaux du cycle de vie.
Les chercheurs ont déclaré qu'en théorie, la résine époxy séparée elle-même devrait être davantage recyclée à l'avenir, mais que la technologie concernée nécessite encore des recherches et des vérifications approfondies.
Les tests de performance montrent que le nouveau matériau composite a atteint les normes de sécurité incendie pertinentes et que ses propriétés mécaniques sont proches de celles des matériaux composites à base de résine époxy traditionnels. Cela signifie que les nouvelles solutions ont le potentiel d’atteindre les objectifs de conception recyclable sans sacrifier la sécurité ou la résistance structurelle.
Actuellement, l'équipe de recherche travaille avec Elantas pour promouvoir les travaux de vérification industrielle, dans l'espoir d'étendre le processus de production et de recyclage à l'échelle des applications commerciales. Outre les industries aéronautique et ferroviaire, les chercheurs évaluent également son potentiel d’utilisation dans les infrastructures énergétiques et la construction.
Alors que l'industrie aéronautique, l'industrie du transport ferroviaire et divers domaines de fabrication haut de gamme sont confrontés à des exigences environnementales de plus en plus strictes, cette technologie devrait favoriser la transition des matériaux composites du modèle traditionnel « une fois la fabrication et la ferraille finale » vers une nouvelle étape de recyclage. Pour les futures cabines d'avion, « légèreté, ignifuge, sûre et recyclable » ne sont peut-être plus des objectifs contradictoires, mais peuvent être atteints en même temps.
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