Les plastiques de haute technologie d'aujourd'hui

C'est une évidence : tubes et raccords en plastique pour le laboratoire. (Image : MCH Messe Schweiz (Bâle) AG)

C'est une évidence : tubes et raccords en plastique pour le laboratoire. (Image : MCH Messe Schweiz (Bâle) AG)

Même pour des pipettes en verre classiques – ici avec une aide à la pipette pratique – il existe des alternatives : elles ne sont pas couramment rencontrées, mais parfois au laboratoire, une option robuste, inerte et moins fragile : des pipettes pleines et des pipettes graduées en plastique. (Image : MCH Messe Schweiz (Bâle) AG)

Ce n'est pas simple : de nombreuses images de plages encombrées ont élevé les plastiques au rang d'ennemi dangereux pour une partie importante de la population. Cependant, ce n'est qu'une façon de voir les choses. En effet, les plastiques offrent non seulement un large éventail de propriétés et d'applications, mais ils peuvent aussi être largement recyclés – et cela dans la pratique industrielle concrète.

La vision se dirige vers des matériaux « verts » : les plastiques de haute technologie actuels fixent le CO2 dans des textiles respectueux de l'environnement ou améliorent la performance des éoliennes. Les applications médicales sont actuellement particulièrement mises en avant : par exemple, des masques d'hygiène en polypropylène (masques FFP), des vêtements de protection en cellulose enduite de plastique ou des seringues, des tuyaux et des composants de dispositifs de ventilation.

Il sera cependant crucial de valoriser le plus grand pourcentage possible de déchets plastiques en tant que matière première secondaire. À juste titre, BASF a déjà investi il y a un an et demi dans le spécialiste norvégien du pyrolyse et du nettoyage des matières premières, Quantafuel, afin de recycler les déchets plastiques mélangés.

Matériau réutilisé – presque comme l'original

Une idée prometteuse pour l'avenir consiste à utiliser des steamcrackers pour le recyclage des plastiques. Dans ces installations bien connues, au lieu de pétrole et de gaz, des déchets plastiques collectés et triés pourraient servir de matières premières, ainsi que des matériaux anciens à base de biomasse (par exemple, papier, bois et vêtements). Au laboratoire, on fabrique déjà à partir de papier recyclé et de coques d'orange des matériaux pour l'impression 3D.

Lors de l'utilisation à grande échelle des steamcrackers recyclés, une température contrôlée habilement (par exemple, 850 °C, avec un taux de chauffage spécifique à la matière) conduit au succès. Les plastiques récupérés peuvent alors même présenter la même qualité que les plastiques originaux collectés.

Une maîtrise du chauffage permet également une fabrication plus flexible des emballages en plastique. Sur la base de la technologie de couche épaisse en céramique, de petits éléments chauffants sont contrôlés très finement pour chauffer localement des films plastiques de manière définie.

Chauffage précis et économie de plastique

Concrètement, à la surface d'un substrat en céramique d'environ 1 millimètre d'épaisseur, se trouvent des boucles chauffantes sous forme de pixels ou d'anneaux. Ils transfèrent leur chaleur à une masse de forme plastique lors du contact physique. Dans une version standard moderne, des modules de chauffage de 40x40 mm comportent 64 pixels de 5x5 mm, disposés en carré de 8x8 pixels (« cera2heat », Watttron, Freital).

La production en série de ce système matriciel économe en énergie et hautement dynamique est prévue pour 2021. La particularité : la répartition de l'épaisseur du mur d'une pièce moulée (par exemple, un pot de yaourt) devient plus homogène, et il est possible d'utiliser une feuille de plastique plus fine pour le même produit final (économies de 10 à 30 % en matériaux et en coûts).

Dans une seconde version (« cera2seal »), il est possible de sceller des emballages pour des produits thermosensibles sans affecter le produit (par exemple, du chocolat). Cette méthode suscite actuellement un grand intérêt, notamment pour les sacs à bec verseur. Parmi d'autres innovations, ces « sacs avec bec verseur » peuvent désormais être fabriqués en monomatériau (par exemple, pour les banques de sang et les applications pharmaceutiques).

La méthode matricielle (« cera2heat ») peut produire plus facilement et rapidement des emballages à blister pour l'industrie pharmaceutique, par rapport à la méthode classique utilisant des poinçons et une forte consommation de matériaux. Elle pourrait même permettre la fabrication en une seule étape d'emballages de formes très irrégulières. En électronique, cette technique de chauffage sert à transformer des circuits imprimés bidimensionnels en géométries tridimensionnelles stables.

Technologie de salle blanche intelligente : le flux d'air au centre

Le revêtement de films plastiques avec des couches fonctionnelles joue un rôle essentiel, notamment dans le domaine photovoltaïque.

Par exemple : les substances fonctionnelles sont dissoutes et le mélange liquide ainsi obtenu est préparé comme un bain. Les films passent ensuite à travers ce bain, où les substances fonctionnelles se lient rapidement et adhèrent au support. En même temps, le solvant s'évapore. Ces substances peuvent contenir, dans certains cas (et dans des applications réelles), des composés extrêmement nocifs pour la santé et très désagréables à inhaler. Il est donc nécessaire d'aspirer le solvant.

Pour un tel processus, une technologie de salle blanche adaptée est nécessaire, ici avec l'utilisation d'un mini-environnement. Dans l'exemple présenté, un flux d'air horizontal (au lieu d'un flux vertical) a été choisi en fonction de la géométrie du film. Un contrôle de la pression a également été mis en place ; en combinaison avec une aspiration dans la zone critique de la couche de film, cela garantit une différence de pression définie par rapport à l'environnement de ± 0 Pa.

Rénovation biologique des océans

De cette manière, les plastiques sont déjà performants aujourd'hui et s'améliorent avec chaque innovation en matière de matériaux et de procédés.

Pour éliminer les résidus de plastique, de petites créatures pourraient idéalement nous aider. Par exemple, on sait qu'une espèce de mite peut digérer le polyéthylène à l'aide de bactéries consommant du plastique.

Il semble désormais possible d'enlever le plastique déjà présent dans les mers. À l'avenir, des stations de traitement des eaux usées pourraient utiliser des algues génétiquement modifiées, comme le Phaeodactylum tricornutum. Dans ces organismes marins, l'instruction de fabrication de l'enzyme PTEase, connue pour dégrader le plastique, serait insérée. Elle provient d'un autre micro-organisme : l'Ideonella sakaiensis. Cependant, comme l'Ideonella ne prospère pas dans l'eau salée, on passe par l'algue diatomée. Cette méthode serait particulièrement adaptée pour traiter les micro-particules (mot-clé : nanoplastique).

La gamme complète des tendances présentées ici, concernant les plastiques innovants et les procédés de leur fabrication et traitement, sera visible pour les visiteurs lors de l'Ilmac de cette année à Bâle.