Le projet Polsud est une collaboration entre les laboratoires lyonnais LTDS et INL et l’entreprise Matereal. Stepahane Benayoun, coordinateur de Polsud, détaille les enjeux d’un projet ambitieux plein de promesses industrielles
Ce projet collaboratif de l’ANR s’inscrit dans la continuité des travaux du laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (LTDS) et l’institut INL (Institut des Nanotechnologies de Lyon).
Stephane Benayoun, professeur des universités et chercheur au laboratoire LTDS, situe le contexte de Polsud : « cette étude partenariale, entre LTDS ; l’INL et l’entreprise Matereal est très ciblée, elle nous permet de monter en compétence pour adresser des marchés exigeants, aérospatiale ou la défense». L’idée est de réaliser des microstructures à la surface des pièces en polymère et leur conférer des propriétés de mouillage anti adhérente, anti givrante et optique directement au moment du moulage par injection. L’approche du consortium est innovante, à la fois scientifique et biomimétique. Il précise : « il s’agit de créer plusieurs fonctionnalités pour réaliser les surfaces en s’inspirant de la nature », riche en surfaces superhydrophobes qui sont très efficaces pour remplir cette fonction comme l’a montré une étude réalisée par LTDS, INL et Centrale Lyon sur l’aile des papillons.
Superhydrophobibité et glaciophobicité, les mêmes défis
Lorsqu’une pièce industrielle est soumise à des basses températures, de la glace s’accumule à sa surface. Sur des pièces en polymère, il est possible de créer des microtextures qui retardent l’apparition du gel limitant l’adhésion de la glace à condition de disposer d’une technique de microtexturation. Cette partie de l’étude est le fruit d’une collaboration entre LTDS, l’INL et Centrale Lyon qui a mis au point une méthode de microtexturation des empreintes du moule d’injection de petites pièces en polymères qui utilise la gravure plasma, utilisé en microélectronique pour le traitement d’un moule en acier. Les résultats ont montré une excellente réplication de la microstructure avec des propriétés superhydrophobes des pièces en polymère. La qualité du moule n’a subi aucune dégradation après 1 000 cycles d’injection. L’objet de POLSUD est de créer des surfaces mutifonctionnelles : superhydrophobe, et glaciophobe. En fonction de la température, les études ont montré une forte corrélation entre une surface superhydrophobe et glaciophobe dans le comportement de mouillabilité des gouttes d’eau.
Un projet industriel prometteur
L’étude vise également à doter les surfaces polymères de propriétés optiques (coloration strucuturelle). Forte de son savoir-faire en optique, l’entreprise Matereal valorise les travaux des laboratoires et propose des outils dédiés, brevetés, pour la caractérisation photométrique et colorimétrique avancée des matériaux complexes par une modélisation numérique physiquement réaliste. Dans la perspective d’une production en série, l’approche biomimétique permet de créer des surfaces multi échelles pour répondre aux cahiers des charges en termes de superhydrophobicité, glaciophobicité et de coloration structurelle (propriétés optiques). Afin d’atteindre cette multifonctionnalité, la lithogravure permet de réaliser différents procédés de texturation de surface des moules métalliques. C’est un procédé de reproduction de motifs dans un matériau, une étape clé en micro et nanotechnologie pour créer des structures submicroniques. La production en série est réalisée par la mise en forme des pièces par microinjection. A l’heure où nous mettons sous presse, le projet est annoncé officiellement en février 2025 pour une durée de trois ans. Coordinateur de Polsud, Stéphane Benayoun résume : « la maîtrise des couplages entre les différentes textures entre elles dans un même matériau est un défi de taille. Nous proposons de contrôler toute la chaîne de valeurs du cahier des charges fonctionnelles de la pièce, de son élaboration à l’évaluation de ses performances. Un projet ambitieux », qui voit loin. A chaque étape clef du processus, des outils de modélisation et de simulation numérique centrées sur les procédés de mise en œuvre ainsi qu’une démarche d’optimisation multi-critères font partie des livrables de Polsud.
