+ 2018 POMMADE – Guérison des Matériaux Polymères par Induction

projet inter laboratoires

Porteur du projet

Guilhem Baeza MATEIS INSA Lyon

Laboratoire(s) membre(s)

DURÉE : 3 ans

FINANCEMENT : 232 800 €

PLATEFORMES INGENIERIE@LYON : Matériaux et procédés, Acoustique et vibration

SECTEURS INDUSTRIELS : Aéronautique, Automobile, Chimie et matériaux, Industries pour la santé

poster POMMADE

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Axe(s) de recherches

OBJECTIF

produire, caractériser, et développer une nouvelle gamme de matériaux intelligents basés sur des polymères d’ores et déjà produit à grande échelle : les élastomères thermoplastiques (TPEs), problématique de matériaux multifonctionnels à travers leur réparation pilotée, un axe de travail qui par sa nature, s’inscrit en outre dans une logique de développement durable.


Alors que les matériaux auto-réparant font l’objet d’un vif intérêt scientifique depuis plus d’une décennie1, leur développement à l’échelle industrielle se heurte à plusieurs barrières. En effet, les propriétés mécaniques de ces matériaux « vivants » sont souvent antagonistes à leur capacité à s’auto-réparer, limitant leurs applications dans bon nombre de secteurs majeurs tels que l’automobile ou l’énergie. En particulier, atteindre des modules élastiques supérieurs à 50 MPa ou résister à des chocs cycliques sur le long terme se révèle être un défi majeur pour ces « polymères supramoléculaires », en outre fortement dépendants de la température et rarement accessibles en terme de chimie.

Dans ce projet, nous présentons une alternative crédible à ces systèmes, permettant d’allier de hautes propriétés mécaniques à une capacité à se réparer rapidement sous différent types de stimulus (réparation pilotée). Pour ce faire, nous proposons de tirer parti de la réversibilité structurale des élastomères thermoplastiques (solide semi-cristallin / liquide visqueux) en la couplant à différents types de charges renforçantes s’activant sous l’effet de radiations acoustiques ou électromagnétiques. Une fois ces charges incorporées au réseau polymère nanostructuré, la réparation du matériau s’effectue alors à travers l’utilisation de micro-ondes, d’ultra-sons, ou d’un champ inductif, générant une fusion locale des cristallites permettant la diffusion des chaînes dans les défauts avant leur recristallisation lorsque le champ est stoppé. Cette méthode de chauffage, nommée hyperthermie en ingénierie médicale, est par ailleurs un sujet de recherche en plein essor du fait de l’espoir qu’elle suscite pour le traitement du cancer. De nombreuses avancées concernant l’effet de l’agrégation des particules ferromagnétiques sur le dégagement de chaleur2 laissent notamment entrevoir des perspectives prometteuses quant à l’utilisation de ce type de technologie pour la réparation des matériaux thermoréversibles.

En conclusion, dans le cadre du développement des matériaux intelligents, et en lien avec les problématiques liées au développement durable, nous désirons étendre la réparation des matériaux à de plus vastes domaines. Les élastomères thermoplastiques étant d’ores et déjà omniprésents dans notre quotidien, (mousses, liant bitumineux, électroménager, bioplastiques) apparaissent en conséquence comme des candidats de choix pour la création d’une nouvelle génération de produits à haut impact sociétal.

  1. Cordier, P. et al., Nature 2008
  2. Ruta, S. et al., Scientific Reports 2015


image_pommade

Haut : Schéma du réseau nano-architecturé comprenant le TPE et les charges actives sous champ inductif 

Bas : Exemples de produits pour lesquels la réparation pilotée présente un réel intérêt sociétal.

Impacts


  • BREVET « FIXIT » en collaboration avec la SATT Pulsalys (Notice n° FR3119792)
    Auteurs : Pablo Griffiths, Guilhem Baeza, Sylvain Meille, Gildas Coativy, Françoise Méchin, Julien Bernard et Baptiste Robbiani
    Titre: PROCEDE DE CORRECTION D’UN DEFAUT D’UN MATERIAU COMPOSITE SOUS APPLICATION D’UN CHAMP MAGNETIQUE. 

  • ARTICLES / Le doctorant (Pablo Griffiths) et le porteur (Guilhem Baeza) sont co-auteurs de toutes les publications :
    • Magneto-Responsive Nanocomposites with a Metal–Ligand Supramolecular Matrix. Macromolecules 2022. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.2c00256
    • Ultrafast Remote Healing of Magneto-Responsive Thermoplastic Elastomer-Based Nanocomposites. Macromolecules 2021. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.1c02046
    • Development of anisotropic ferromagnetic composites for low-frequency induction heating technology in medical applications. Materials Today Chemistry 2021. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2020.100395
    •  Supramolecular Superparamagnetic Nanocomposites Based on a Magnetite-Filled Unentangled Terpyridine-Functionalized Polymer. Macromolecules 2020. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.0c00182
  • Communications en congrès 
    - 3 oraux par Pablo Griffiths (Softcomp 2019 à Ancona, Softcomp 2022 à Salerno, CNano 2022 à Toulouse)
  • Pablo Griffiths a soutenu sa thèse le 30 juin 2022
  • le projet POMMADE a permis au porteur d’acquérir les compétences et la crédibilité nécessaire à l’obtention d’un projet ANR JCJC intitulé MANIOC, qui démarrera au printemps 2023. Un doctorant sera recruté à partir d’octobre 2023.

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