Pour les avions et les trains Des chercheurs mettent au point un composite fibreux recyclable 

Les avions et les trains de voyageurs doivent répondre à des exigences de sécurité strictes. Cela nécessite des matériaux ignifuges, légers, robustes et adaptables. Les chercheurs de l'Empa, en collaboration avec leur partenaire industriel Elantas, ont désormais réussi pour la première fois à rendre un tel matériau composite entièrement recyclable.

« Aucun appareil volant ne volera jamais de New York à Paris », déclarait autrefois Orville Wright, pionnier de l’aviation. Ce qui semblait impossible même aux frères Wright, pourtant visionnaires, est aujourd’hui une réalité – notamment grâce aux nouveaux matériaux qui ont rendu possibles la conception des avions et des 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 les incendies. Ils doivent également être légers et résistants sur le plan mécanique – et, de plus en plus, recyclables.

Réussir à réunir toutes ces propriétés en un seul matériau représente un véritable défi. « Par exemple, lorsqu’on rend un matériau ignifuge, on en modifie inévitablement les autres propriétés », explique Sabyasachi Gaan, chercheur à l’Empa au sein du laboratoire Advanced Fibers.  

Matériau composite à base de fibres, ignifuge et recyclable

Gaan et son équipe ont relevé 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 matériau composite spécifique utilisé pour l'aménagement intérieur des avions et des trains, par exemple pour le plancher de la cabine passagers.

Le 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. Comme pour de nombreux matériaux composites, la résine époxy sert de liant. En règle générale, ce polymère ne peut être recyclé ni chimiquement ni thermiquement. « Les matériaux composites à base d’époxy finissent aujourd’hui dans des décharges ou sont incinérés », explique M. 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 (encadré FAQ), ce qui était jusqu’à présent impossible avec la résine époxy.

Tous les composants ont été récupérés

Dans le cadre du projet Innosuisse, les partenaires ont toutefois poursuivi un autre objectif : le recyclage complet de ce matériau composite. Avec le solvant approprié et un peu de chaleur, le sandwich peut être à nouveau séparé 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 le cadre de futurs projets », explique M. Gaan.

Cette 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 », explique M. Gaan. Il permet toutefois, pour la première fois, un recyclage complet de ce matériau composite.

Intéressant également pour le secteur du bâtiment et celui de l'énergie

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 », déclare Fiorenzo Lenzi, responsable de la gamme de produits Aérospatiale/Balistique chez Elantas.

Parallèlement, Gaan et son équipe mènent déjà des recherches sur d’autres applications de ce plastique ignifuge recyclable, 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. »