En trois dimensions, temps limité, complexité chimique, structurale et morphologique et contraintes environnementales, tels sont les défis pour concevoir des matériaux multifonctionnels. Un aperçu des projets en cours.
Le design des matériaux avancés par assemblages de matériaux de nature différente comme les composites deviennent complexes avec un nombre considérable de paramètres à prendre en compte pour les synthétiser, les caractériser, optimiser leurs propriétés structurales et fonctionnelles.
La multifonctionnalité des matériaux est une tendance forte dans l’industrie comme le projet collaboratif Polsud qui vise la multifonctionnalité des pièces polymères par moulage. Un vrai défi. Stephane Benayoun, professeur des universités et chercheur au laboratoire LTDS (laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes), explique le contexte : « cette étude partenariale, entre le laboratoire LTDS, l’INL(institut des nanotechnologies de Lyon) et l’entreprise Matereal est très ciblée, elle nous permet de monter en compétence pour adresser des marchés exigeants comme l’aérospatiale ou la défense». L’idée est de réaliser des microstructures à la surface des pièces de polymère et leur conférer des propriétés de mouillage anti adhérente, anti givrante et optique directement au moment du moulage par injection.
L’approche est innovante
Elle est à la fois scientifique et biomimétique. Stephane Benayoun précise : « il s’agit de créer plusieurs fonctionnalités pour réaliser les surfaces en s’inspirant de la nature », riche en surfaces superhydrophobes. Le marché des revêtements superhydrophobes connait une évolution significative vers des formulations avancées qui offrent une multifonctionnalité et une compatibilité environnementale. Les innovations sont principalement motivées par la demande de surfaces autonettoyantes, la résistance à la corrosion ou la protection contre l’humidité dans divers secteurs industriels. Dans le domaine du packaging ou de la décoration, le bois et ses composites sont des matériaux de choix pour leur rapport poids/résistance élevé. Or, ils sont très sensibles à l’humidité, la lumière et aux dégradations biologiques et non biologiques en raison d’un des composants hydrophiles du bois. La solution : les protéger par des revêtements. Selon les travaux des chercheurs indonésiens de l’agence du centre de recherche en biomasse et matériaux biosourcés, publiés en 2025 dans la revue spécialisée Progress in Organic Coatings, les revêtements superhydrophobes avancés confèrent aux bois composites une valeur ajoutée comme une meilleure protection de la peinture ou des propriétés antisalissures sur les fenêtres. Selon les experts, le marché des revêtements superhydrophobes devrait croître à un rythme accéléré face à la demande de l’industrie automobile pour la fabrication de pare-brise par exemple, des panneaux photovoltaïques en raison de leurs propriétés anti fogging ou auto nettoyantes. Sans oublier le secteur aérospatial ou celui du médical pour des propriétés antimicrobiennes de ces revêtements superhydrophobes (voir P&M n° 3).
Découverte de nouveaux matériaux : une urgence
Les recherches partenariales repoussent les limites actuelles en matière de conception et de fabrication des revêtements. Le développement rapide de nouveaux matériaux avancés devient une urgence. « Par exemple, les batteries modernes que nous avons dans nos téléphones ont mis des décennies à être développées et commercialisées. Aujourd’hui, nous n’avons plus ce temps-là, face à l’urgence des enjeux écologiques et sociétaux qui touchent la planète entière. Il faut pouvoir aller beaucoup plus vite », déclare Mario Maglione, directeur de recherche au CNRS, co directeur du programme PEPR (Programme et Equipements Prioritaires de Recherche sur le développement de matériaux innovants par l’intelligence artificielle) avec Frédéric Schuster, directeur du programme transversal matériaux et procédés au CEA, lors du lancement, en 2022, du projet Diadem, Dispositif Dispositifs Intégrés pour l’Accélération du Déploiement de Matériaux Emergents). Le 12 décembre 2025, l’équipe PEPR Diadem a organisé la première édition de la journée à destination des industriels à la Maison de la chimie, réunissait industriels, startups, chercheurs et institutionnels autour d’un objectif commun : favoriser l’innovation dans le domaine des matériaux/procédés et accélérer les collaborations recherche-industrie (cf. P&M 4, page 18,19). L’évènement a mis en lumière, les projets collaboratifs recherche-industrie autour des polymères, nanomatériaux, de la métallurgie ou des matériaux organiques fonctionnels ultraporeux ou MOF’s (Metal Organic Framework), de la fabrication additive, de l’ingénierie des surfaces et des outils numériques.
Prédire pour accélérer
Piloté par Vincent Rat, directeur de chercheur à l’institut de recherche sur les céramiques, Ircer, le projet du dispositif Diadem sur l’inGénierie des matéRiaux augmEntée par les doNnées pour la fonctionnAlisation de surface avancée traduit par l’acronyme Grenat, consiste à former un revêtement projeté par un large spectre de procédés (projection gaz froid, combustion, plasma) pour fonctionnaliser les surfaces. Annoncé dans l’acronyme Diadem (Dispositifs Intégrés pour l’Accélération du Déploiement de Matériaux Emergents) du programme PEPR, Grenat répond à un des axes de Diadem, celui de l’accélération des procédés par la prédiction des propriétés des revêtements afin de déployer des matériaux émergents et intelligents par l’ingénierie des surfaces. Le projet s’appuie sur la plateforme technologique de fonctionnalisation de surface avancée Safir (surface advanced functionalization for industry and research). Budget alloué à PEPR Diadem, annoncé en 2022 lors du lancement du programme : 85 millions d’euros sur huit ans. Pour une maturation et optimisation rapide des projets de conception de matériaux avancés dotés de revêtements multifonctionnels, les outils prédictifs, les simulations multiphysiques ou l’intelligence artificielle ne sont jamais loin pour repousser les limites.
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