Projet ANR-15-CE08-0022 – ARCADE : Silicones auto-réparables pour developpement en cablerie
Programme : Matériaux et procédés (DS0303) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur François Ganachaud (Institut National des Sciences Appliquées de Lyon - Laboratoire d'Ingénierie des Matériaux Polymères)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; NEXANS FRANCE
Montant : 486682.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Le projet ARCADE vise à préparer des matériaux élastomères dont les propriétés mécaniques suivent les spécifications de l'industrie du caoutchouc en termes de dureté, contrainte et élongation à la rupture, mais qui possèdent en outre une facilité intrinsèque à l'auto-cicatrisation. L'application finale envisagée est de haute valeur ajoutée: il s'agit de générer des gaines de câbles utilisés typiquement dans les TGV, que l'on voudrait à la fois solides mécaniquement et isolants (particulièrement à haute température) tout en étant auto-réparants à l'ambiante. Ceci est rendu particulièrement difficile par le fait que :
(a) des propriétés mécaniques importantes supposent un réticulation élevée et donc une faible mobilité des chaînes, ce qui va à l'encontre de l'auto-cicatrisation qui procède a priori par diffusion;
(b) une augmentation de température s'accompagne généralement d'une dégénérescence des interactions supramoléculaires telles qu'elles sont mises en œuvre dans des matériaux élastomères thermoplastiques (TPE), ceux-là même qui sont visés ici.
Une stratégie innovante est proposée pour surpasser ces difficultés: elle consiste à fonctionnaliser à la fois les chaînes de la matrice polymère et la surface de la charge de renfort avec différents agents associants, ce qui permettra de générer différents niveaux d'interactions supramoléculaires (faibles ou fortes) au sein du matériau, l'intensité étant en prime contrôlée par la température. Une approche de travaux convergents a été privilégiée, faisant appel simultanément aux compétences variées des différents partenaires (chimie supramoléculaire, chimie macromoléculaire, chimie-physique des matériaux) afin d'augmenter le taux de réussite du projet. 4 taches sont proposées, 3 conduites dès le démarrage du projet par les 3 partenaires académiques, et une tache transverse assurée par le partenaire industriel et les physico-chimistes du consortium.
Tout d'abord, un matériau modèle publié et connu pour posséder des propriétés auto-cicatrisantes, sera étudié en détail afin d'explorer les interfaces après déchirure et leur réparation, grâce aux expertises complémentaires des partenaires. Ensuite, nous proposerons différentes stratégies en phase avec les connaissances des partenaires, pour modifier un TPE commercial (un copolymère silicone urée) afin de le rendre auto-réparable. Pour la troisième tache, les trois partenaires académiques vont travailler de concert pour préparer différentes générations de précurseurs associants de type silanes, les greffer sur les chaines de silicones et la surface des particules de silice, et les mettre en œuvre pour obtenir des matériaux améliorés.
La tache transverse consistera à tester mécaniquement les propriétés massiques des nouveaux matériaux générés au cours de ce projet, dans un laboratoire académique pour les caractérisations conventionnelles et dans le centre de recherche industriel pour des tests spécifiques plus tournés vers l'application.
Les retombées annoncées de ce projet sont en phase avec les challenges fondamentaux et appliqués posés ici. Nous voulons comprendre la chimie et la physique des systèmes auto-réparants, tout en maitrisant la synthèse et la mise en œuvre de matériaux à base de silicones (mais dont les préceptes seraient étendus à d'autres polymères) utilisables par l'industrie des élastomères.