2.2 Vieillissement de structures textiles

Les connaissances sur les polymères ainsi que la spécificité des matériaux textiles ont permis d’élargir ma recherche à l’étude du vieillissement de structure textile de produit fini. La principale étude réalisée sur ce sujet consistait à étudier les phénomènes de dégradation des voilures de parachutes hémisphériques du CNES. En effet, les ballons à usage scientifique sont utilisés pour mesurer la composition atmosphérique et pour des observations astrophysiques. Les instruments de mesure sont récupérés par un ou trois parachutes. Outre la durée de vie certifiée du fournisseur, dans le cadre d'une utilisation "normale", les décisions actuelles de déclasser un parachute sont basées uniquement sur les retours d'expériences plutôt que sur une expertise scientifique. De ce fait, une analyse complète des textiles des parachutes visera à mieux justifier leur utilisation et à la prolonger si besoin. La stratégie est donc d’identifier les modifications des propriétés des zones d’assemblage ainsi que des propriétés physico-chimiques du tissu en PA 6-6 à l’échelle macroscopique, mésoscopique et microscopique. Pour cela, des parachutes réformés sont comparés à un tissu de référence neuf. Le but étant d’identifier les paramètres extérieurs qui ont le plus d’influence sur le vieillissement. Les tests suivant ont été retenus :

• A l’échelle macroscopique : la traction sur tissu, la déchirure, l’épaisseur, la masse surfacique, la perméabilité à l’air, la mouillabilité, la spectrocolorimétrie, l’embuvage (relation entre la longueur d'un tissu et la longueur du fils qui est indispensable pour faire le tissage).

• A l’échelle mésoscopique : les tests de traction sur fils et l’analyse au microscope optique.

• A l’échelle microscopique : l’analyse de la cristallinité en DSC, mesure de rugosité par l’AFM, et la mesure de la reprise en humidité.

L'analyse des résultats a montré une perte notable de résistance à la traction et des propriétés de déchirure; et une plus grande reprise d'humidité qui modifie le comportement en vol. Ces modifications sont principalement dues à l'hydrolyse, à l'oxydation de surface et à la photolyse qui induisent des coupures de chaîne et une modification de la cristallinité. L'analyse globale du tissu a révélé une dégradation plus importante de la partie la plus exposée du parachute pendant le stockage, ce qui indique que les conditions de stockage ont un impact significatif sur la dégradation. La Figure B-75 est un schéma qui synthétise à différentes échelles les modifications observées et les méthodes de mesure utilisées.

B-Thème développé : « filaments fonctionnels »

Figure B-75 Conclusion du mécanisme de dégradation du tissu de parachute [125]

En perspective, la caractérisation d'autres types parachutes stratosphériques est essentielle pour valider ces hypothèses. Le vieillissement artificiel nous permettrait d'identifier le principal facteur (ou la synergie) de dégradation. D'autres parties du parachute peuvent aussi être étudiées: la ligne de suspension, le ruban entre les fuseaux, les coutures, etc.

D’autres études du même type ont été suivies au laboratoire, et notamment j’ai pu participer, dans le cadre du projet BIOCOMPALPHA, au développement de biocomposites biodégradables. L’élaboration de fibres grâce au filage de polymères biosourcées et/ou biodégradables (PA11, PLA, PE28) ont permis l’élaboration de nontissés par voie sèche en mélanges avec des fibres naturelles (lin, ramie,…) qui par thermocompression forme des biocomposites biodégradables. J’ai pu donc palier aux différents problèmes de mise ne œuvre (principalement l’adaptation des finesses et propriétés mécaniques des filaments pour la transformation par cardage), mais aussi faire l’étude du vieillissement accéléré de ces biocomposites.

II.3-

Conclusion et perspectives

Dans ce chapitre, mes travaux sur le développement de filaments « verts » ont été détaillés. En effet, l’utilisation de polymères biosourcés, ou le remplacement de charges polluantes comme les nanoparticules d’argents, en passant par l’étude du vieillissement des textiles ont été présentés. La Figure B-76 permet de synthétiser les différents matériaux que j’ai pu mettre en œuvre dans cette thématique de développement de filament « verts » fonctionnels ainsi que le lien avec les propriétés visées.

Figure B-76 Schéma de synthèse des matériaux utilisés dans la thématique de développement de filaments « verts » fonctionnels ainsi que les propriétés visées

L’utilisation d’additifs qu’ils soient biosourcés ou non a permis au sein du laboratoire d’apporter des fonctionnalités aux polymères thermoplastiques sous forme filamentaires. La plupart du temps, c’est le choix de nanocharges qui permet plus facilement une mise en œuvre par filage, en ayant un impact moindre sur la viscosité du polymère (ce qui reste la problématique majeure). Par contre, le fait d’utiliser des additifs provenant de ressources naturelles provoque des limites qui sont souvent atteintes en termes de stabilité thermique ou de granulométrie pour le procédé de filage utilisé. Les fonctionnalités qui ne sont pas conférées par des nanocharges peuvent être alors être apportées par la formulation de mélange de polymères. La structure des mélanges (dispersion des additifs, morphologie des mélanges biphasique) qui conditionnent la filabilité et la propriété, est influencée par la surface spécifique, la granulométrie, les énergies interfaciales…La Figure B-77 (non exhaustive) reprend les principales problématiques que j’ai pu rencontrer et les stratégies utilisées qui ont permis d’enrichir mes connaissances dans le domaine des polymères.

B-Thème développé : « filaments fonctionnels »

Figure B-77 Exemples de problématiques rencontrés et de stratégies mises en œuvre.

Des problématiques identifiées lors de la mise en œuvre des CPC de la partie I sont communes à cette fonctionnalisation de ou par des matériaux biosourcées

Par ces différents travaux, nous avons pu développer des bionano- ou bio-composites fonctionnels sous forme filamentaire et à en modifier la durée de vie. L’objectif étant d’aller vers des matériaux avec un impact plus faible sur l’environnement, une veille permanente sur les différents additifs biosourcés est faite et la mise en œuvre de nouvelles charges fonctionnelles est sans cesse envisagée avec de nouvelles collaborations (laboratoire, entreprise). Par exemple, l’activité d’incorporation d’algues, ou de caséine préalablement hydrolysée en tant que biocides a été démarrée. Mais aussi le remplacement des sources acides comme l’APP pour les propriétés d’ignifugation.

En perspective de développement, des structures textiles destinées à de nouvelles applications nous obligent à pousser nos connaissances sur le contrôle de la cinétique de dégradation de biopolymères. Par exemple, le contrôle de la dégradation de filets de pêche après utilisation, mais aussi de prothèses in vivo. Concernant ces dernières, dans le cadre du projet INTERREG V MAT(T)ISSE, une prothèse mammaire sera développée à partir de mélanges de polymères biosourcées où le challenge de la biocompatibilité est additionné.

B-Thème développé : « filaments fonctionnels »

III-

Le filage de multifilaments complexes