Une nouvelle protection contre la corrosion qui se répare toute seule

Gratte-ciel, ponts, navires, avions, voitures : tout ce que l'être humain fabrique ou construit finit tôt ou tard par se dégrader. Les ravages du temps sont connus sous le nom de corrosion ; rien n'est à l'abri.

La lutte contre la corrosion est donc coûteuse. Tous les pays investissent ensemble environ 3,5% du produit intérieur brut mondial annuel dans la protection contre la corrosion, ce qui représente quelque 4000 milliards de dollars : un marché énorme - et un problème gigantesque.

Des chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich, dirigés par Markus Niederberger et Walter Caseri du Laboratoire des matériaux multifonctionnels, viennent de présenter une nouvelle solution. Au cours des dernières années, ils et elles ont mis au point un plastique qui pourrait améliorer et simplifier considérablement la protection contre la corrosion. Le poly(phénylène méthylène) est le nom du matériau miracle, ou PPM en abrégé.

Ce nouveau matériau de protection contre la corrosion fait d'une pierre plusieurs coups. Lorsqu'il est mélangé comme une peinture et chauffé, le PPM peut être pulvérisé sur une surface et devient solide. Le polymère indique les trous et les fissures dans la couche protectrice en n'étant pas fluorescent.

De plus, il répare lui-même les dommages éventuels sans autre intervention extérieure. Et à la fin de la vie d'un produit, le polymère peut être entièrement retiré et recyclé avec une perte minimale de matériau. Le polymère recyclé peut alors être appliqué sur une autre surface sans perte de ses propriétés et fonctions particulières.

La chance a donné un coup de main

C'est un pur hasard qui a donné le coup d'envoi de ce développement. Il y a une dizaine d'années, les chercheurs et chercheuses du laboratoire de Markus Niederberger travaillaient sur la production de nanoparticules dans un solvant organique spécial. Dans certaines conditions, le solvant est devenu solide : il s'est polymérisé. «C'était involontaire et non désiré», se souvient Markus Niederberger. «Au début, nous ne savions pas non plus quoi en faire».

Mais ils ont ensuite découvert que le polymère qu'elles et ils avaient créé par accident - connu sous le nom de PPM - avait une autre propriété intéressante en plus de sa grande stabilité thermique : il était fluorescent alors que les connaissances conventionnelles suggéraient qu'il ne devait pas l'être du tout. Les chercheurs et chercheuses ont donc affiné le matériau de manière spécifique. Tout d'abord, un doctorant a amélioré la synthèse du polymère. Ensuite, son successeur, le doctorant Marco D'Elia, s'est vu confier la tâche de trouver une application utile pour le PPM.

«Et il a fait ce travail avec brio», se réjouit Walter Caseri, qui a supervisé Marco D'Elia. Ses contacts avec les expertes et experts en corrosion de l'Università degli Studi di Milano se sont également avérés fructueux, affirme Walter Caseri.

Facile à utiliser et polyvalent

Des tests en laboratoire ont révélé qu'un revêtement à base de PPM protège bien les métaux, notamment l'aluminium, contre la corrosion. Même si ce revêtement de protection peut être appliqué en couches jusqu'à dix fois plus fines que les agents de protection classiques - tels que ceux à base de résines époxy - il est durable.

Enfin, et ce n'est pas le moins important, le polymère colmate lui-même tout dommage subi par le revêtement. «Les mécanismes d'autoréparation sont très demandés, mais ils sont très difficiles à obtenir et les bonnes solutions sont encore rares», explique Walter Caseri. L'autoréparation nécessite généralement des additifs chimiques, qui migrent dans le polymère au fil du temps et sont libérés dans l'environnement. Ce n'est pas le cas avec le PPM : «Ce matériau ne nécessite aucun additif», précise Walter Caseri.

Le PPM est également plus durable que les matériaux de protection contre la corrosion précédents, car il peut être entièrement retiré et recyclé à la fin de la vie du produit. Bien qu'une partie du polymère soit perdue au cours du processus, le taux de recyclage est très élevé (95%). Lors de leurs tests, les chercheurs et chercheuses ont pu réutiliser le matériau cinq fois.

Les études sur la durabilité de la protection contre la corrosion à base de PPM montrent également que le polymère est plus performant que les matériaux de protection contre la corrosion à base d'époxy en ce qui concerne l'impact environnemental et la santé humaine. «Il n'y a vraiment que deux solutions d'élimination pour les résines époxy : l'incinération ou la mise en décharge», explique Marco D'Elia. «Notre produit permet une troisième solution : le recyclage».

«Le projet montre la polyvalence de la science des matériaux».

Néanmoins, la protection anticorrosion PPM n'est pas totalement inoffensive pour l'environnement. «Les produits synthétiques ont toujours un impact», affirme Marco D'Elia. «Mais si vous choisissez la bonne approche, vous pouvez limiter cet impact dans une large mesure». L'ancien doctorant espère voir la protection anticorrosion PPM commercialisée.

Les chercheuses et chercheurs ont déposé une demande de brevet pour leur invention. Il est toujours en attente. Ils et elles sont également actuellement à la recherche d'un partenaire industriel pour poursuivre le développement du produit et pour le fabriquer et le distribuer à grande échelle. Compte tenu de la taille du marché mondial, Marco D'Elia voit un énorme potentiel pour le PPM. «Notre technologie est assez avancée, mais avant de pouvoir la vendre en tant que produit, il nous reste encore quelques améliorations à apporter», déclare-t-il.

De son côté, Walter Caseri est fier de ce qui a été réalisé. La synthèse chimique, la caractérisation de la structure moléculaire du PPM et l'étude de propriétés matérielles qui n'étaient pas attendues pour ce type de polymère - comme la fluorescence - montrent «toute la polyvalence de la science des matériaux».

En outre, la fabrication, autre pilier de son département, a également eu l'occasion de briller, dit-il. «Et maintenant, nous avons une excellente application. Nous avons couvert tous ces éléments fondamentaux de la science des matériaux avec ce projet.»

Cela montre également à quel point la coopération internationale est importante. Dans ce projet, les chercheurs et chercheuses de l'ETH Zurich ont travaillé avec des universités partenaires en Espagne, en Autriche et en Italie, ainsi qu'au Royaume-Uni.