Conclusion générale et perspectives

Crée en 1992, le laboratoire GEMTEX de l’ENSAIT s’est développé autour de nombreuses thématiques organisées en 3 groupes de recherche. Sa force est son ancrage, à la fois national et international, et ses collaborations avec des partenaires académiques et industriels dans de nombreux projets privés ou collaboratifs. L’ensemble des travaux exposés dans ce mémoire présente mon humble contribution au groupe « Multifunctional Textiles and Processes » auquel j’appartiens, et plus particulièrement à l’axe de développement de filaments fonctionnels par voie fondue. Ce filage des polymères thermoplastiques est un axe de recherche depuis 1999 au laboratoire GEMTEX, qui a évolué progressivement vers cette thématique de développement de filaments fonctionnels à hautes valeurs ajoutées, puis multifonctionnels. Dans l’écosystème dans lequel évolue le laboratoire, l’ENSAIT est l’un des membres fondateurs du projet d’Université Lille Nord-Europe (ULNE), labélisé I-SITE en février 2017, qui a pour objectif de transformer le paysage de la recherche et de la formation en région Hauts-de- France, en renforçant et en diffusant son excellence. Le projet est structuré autour de trois thématiques de recherche interconnectées couvrant un spectre disciplinaire large dans lesquelles certains de nos travaux de filage s’inscrivent : Santé (catalyser la révolution numérique dans la recherche biomédicale), Planète (rechercher des solutions alternatives à l’exploitation des ressources fossiles) et Monde numérique adapté à l’humain. Mes thématiques répondent aux Domaines d'Actions Stratégiques (DAS) du Pôle de compétitivité Uptex (pôle dédié au Textile créé en 2005), qui sont les suivantes : Matériaux textiles à effet barrières, Structure Textile complexe, Textiles Interactifs, Eco-matériaux Textiles.

Ce manuscrit synthétise mes activités de ces dix dernières années d’un point de vue de la recherche, mais aussi mes activités d’enseignement et administratives. Il montre mon implication dans les différentes instances tant dans la vie de l’ENSAIT, qu’au niveau du laboratoire GEMTEX. En ce qui concerne l’enseignement, la mise en place de nouvelles méthodes pédagogiques est l’un de mes engagements forts et une véritable ouverture qui se traduit par la création de nouveaux cours, ou de projets. Cette innovation pédagogique est également au cœur des priorités de l’ULNE.

B-Thème développé : « filaments fonctionnels »

En recherche, les différentes études dans lesquelles j’ai pu m’investir depuis ma thèse, m’ont permis l’acquisition progressive de connaissances solides dans le domaine des polymères, via les mélanges immiscibles, les nanocomposites, mais aussi des procédés (extrusion, filage, impression 3D). Ma participation à différents projets collaboratifs, nationaux et internationaux, ont permis le développement de nombreux nouveaux multifilaments présentant une multitude d’applications dans de larges domaines d’utilisation. L’une des principales propriétés visées est l’apport de conductivité électrique via la formulation de CPC, très prometteuse pour le développement des « smart textiles ». Comme étudié dans mes précédents projets, la transformation sous forme filamentaire de ces CPC reste complexe et le juste équilibre entre viscosité et conductivité électrique est le compromis qui définit chaque composition. Des niveaux de conductivités très différents sont visés en fonction des applications (détection, barrière électromagnétique, électrodes, dissipation de charges) entrainant aussi des choix de procédés et de formulations très variables (choix de la charge, synergie de charges, ajout de plastifiant, mélange de polymères immiscibles). De nouvelles pistes sont envisagées que ce soit de ce point de vue formulation (types de charges : graphène, Polymère Intrinsèquement Conducteur (PCI),...) que du procédé (impression 3D, technologie de gainage de fil).

Le deuxième axe présenté dans ce rapport concerne le développement de filaments « verts » aux multiples propriétés: antibactérienne, ignifuge, hydrophobicité, durabilité. L’utilisation d’additifs, qu’ils soient biosourcés ou non, a permis au sein du laboratoire d’apporter ces fonctionnalités aux polymères thermoplastiques sous forme filamentaires, qu’ils soient, eux aussi, biosourcés ou non. Les problématiques identifiées lors de la mise en œuvre des CPC sont communes à celles rencontrées pour l’apport de fonctionnalité, ou par l’utilisation de matériaux biosourcés. La viscosité est généralement la caractéristique la plus impactée par l’ajout des charges et reste la problématique majeure lors du filage. Les additifs provenant de ressources naturelles possèdent des stabilités thermiques faibles ou des granulométries non adaptées à la mise en œuvre en filage. De nouvelles collaborations académiques ou industrielles sont sans cesse entreprises afin de sourcer de nouveaux polymères ou additifs pour un développement de bionano- ou bio-composites fonctionnels sous forme filamentaire. Ces collaborations permettent notamment de s’entourer de spécialistes complémentaires afin de répondre à des sujets très multidisciplinaires.

Avec les études menées sur les CPC ou les matériaux « verts », des connaissances concernant la formulation de nanocomposites, ainsi que les mélanges des polymères ont pu être acquises, ainsi qu’une meilleure compréhension des phénomènes durant la mise en œuvre (évolution de la viscosité, dispersion, qualité de l’interface (polymère/polymère ou polymère/charge)), principalement en filage voie fondu mais aussi en voie solvant et en impression 3D. Ainsi au sein de l’équipe de filage du laboratoire, mes recherches ont permis une plus-value sur la transformation des mélanges complexes en filaments (polymères immiscibles, localisation sélective de charges) et c’est dans ce sens que je souhaite continuer et orienter mes recherches. La dernière partie de ce manuscrit présente les premières études réalisées dans ce développement de filaments complexes (multicomposants, multicomposés) et laissent apparaitre de multiples applications. Des nodules d’un élastomère dans une phase rigide peuvent permettent, par exemple, d’élaborer des structures résistantes à l’impact. Une bonne cohésion entre les 2 phases arrête la propagation des fractures résultant d’un impact. Une morphologie co-continue peut permettre quant à elle d’augmenter la surface spécifique de la fibre obtenue. En effet, grâce à une extraction sélective d’une des deux phases polymères, le second voit sa surface spécifique augmenter et peut faire apparaitre des charges fonctionnelles positionnées à l’interface mais ancrées dans ce dernier. Une telle structure permet notamment d’augmenter l’efficacité des charges qui doivent être localisées à la surface. Ainsi, les éléments clés du procédé reposent non seulement sur le choix des matériaux en fonction de leurs propriétés thermo-mécaniques, mais également sur les phénomènes d’interaction à l’interface des polymères utilisés et la localisation précise de charges.

Mes futurs travaux se concentreront sur des développements de filaments complexes et ou bicomposants très applicatifs avec le démarrage de projet dans les domaines des CPC, comme les projets FUI Moni2tex, et Autotherm qui visent à réaliser respectivement des filaments multicomposés pour de la détection de solvants ou des textiles chauffants autorégulés. Un autre projet vient de démarrer dans le domaine des polymères biodégradables avec le projet INTERREG V MAT(T)ISSE visant le développement de textiles à cinétique de dégradation contrôlée pour des applications de reconstruction mammaire. Et enfin, une thèse de doctorat en cotutelle avec l’Université de Mons (Belgique) démarrera début 2019 sur le projet INTERREG V PHOTOTEX, qui a pour but la réalisation des filaments microstructurés pour filtres photoniques stimuli-dynamiques, afin d’améliorer le confort.

B-Thème développé : « filaments fonctionnels »

D’autres projets sont en cours de dépôts, eux aussi très appliqués, comme de la réalisation de fibres microporeuses pour l’isolation thermique et acoustique et d’autres en attente d’une réponse, comme à un appel à projet EDA (European Defence Agency) avec l’instrumentation de tenues du soldat. Enfin, j’ai une réelle volonté d’aller vers des recherches plus en amont et plus fondamentales afin de maitriser au mieux les structures (morphologie des polymères immiscibles et localisation de charges fonctionnalisées) et notamment, je participe à la rédaction d’un projet ANR en collaboration avec le C2MA de l’IMT Mines d’Alès afin d’aller vers plus des recherches avec des TRL plus faibles sur ces sujets.