La recherche débouche parfois là où on ne l’attendait pas

Nouveaux matériaux :
ça promet !

Intelligents, sensibles, adaptables ou avancés, les nouveaux matériaux ont de quoi séduire. Pour répondre aux demandes du marché ou pour en créer des nouvelles ? C’est l’histoire de la poule et de l’oeuf...

 
   “Le concept du matériau unique est dépassé. On parle plutôt d’association de matériaux” corrige Philippe Labbé, responsable des relations industrielles au CEA. Par exemple, au Centre du Ripault à Monts, a été mise au point avec deux médecins une prothèse discale constituée à la fois de polymères biocompatibles rétractables sur eux-mêmes et de cupules en titane. Cette prothèse qui reproduit presque à l’identique les caractéristiques d’un vrai disque intervertébral est porteuse d’un immense espoir pour tous ceux qui souffrent d’un mal de dos chronique. Les tests de vieillissement en milieu biologique démontrent en effet que cette prothèse joue parfaitement son rôle d’amortisseur : résistance ; déformabilité pour évoluer avec le reste de la colonne ; tenue dans le temps (pendant vingt voire quarante ans). Mais il faudra patienter encore deux ans pour profiter de ses bienfaits. Pour autant, la collaboration française aux programmes européens de recherche sur les bio-matériaux est discrète : elle n’apparaît que dans un programme sur trois. Cependant, relativement aux cent cinquante programmes de recherche sur les matériaux, actuellement en cours ou qui viennent juste d’être achevés, la France est bien représentée, puisqu’elle participe via des entreprises, des laboratoires de recherche ou des centres techniques à deux tiers d’entre eux. Elle tient notamment une place prépondérante dans le domaine des céramiques et des métaux, où 90 % des programmes sont à participation française. Elle est aussi très présente (à 75 %) dans la recherche sur les polymères et les composites. Par le jeu des associations, des traitements ou des procédés, la recherche porte moins sur la découverte de nouveaux matériaux en tant que tels, que sur l’amélioration de leurs performances ou l’investigation de nouveaux champs d’application. De la matière au produit, l’aventure passe par l’association et l’échange de nombreuses compétences.


Les matériaux de demain

Grâce au développement des nanopoudres, les céramiques techniques font leur entrée dans des secteurs comme l’électronique de puissance ou l’automobile.
Les métaux comme l’aluminium ou le magnésium recherchent l’allègement maximum pour lutter contre la concurrence des polymères. Quant aux aciers, on cherche à renforcer leurs performances grâce à de nouveaux procédés de mise en oeuvre et de traitement de surface. Les secteurs concernés sont l’aéronautique, l’automobile, le génie des procédés, l’offshore, l’électricité...
Les recherches sur les polymères s’organisent autour de deux thèmes, la protection de l’environnement (études sur des revêtements et des peintures non toxiques pour protéger respectivement les structures immergées et les structures métalliques) et l’économie d’énergie : les piles et les batteries actuelles n’étant pas satisfaisantes (problèmes de poids, de capacité énergétique), l’idée est d’élaborer des polymères conducteurs électriques et stables à base de polyacétylènes.
Dans le domaine des bio-matériaux, les greffes et les prothèses de demain seront constituées de matrices biorésorbables au sein desquelles se développent les cellules du vivant.

 

La recherche :
avec applications !

Du matériau ferro-électrique pour la micro-électronique de puissance à un nouveau procédé de traitement optique, on cherche et on trouve en Touraine.

 

Sur les sept cents agents du CEA de Monts, quatre cents, associés à une centaine de chercheurs extérieurs, sont affectés au domaine des matériaux. Depuis l’arrêt des essais nucléaires, le commissariat à l’énergie atomique (CEA) pratique au Ripault, comme dans ses dix autres centres, ce qu’il appelle une recherche duale : “Notre mission est double. Nous sommes à la fois au service de la défense du territoire et de l’industrie privée, quelle que soit la taille des entreprises. D’où notre démarche permanente de chercher à transposer l’expertise acquise dans le domaine de la défense, à des applications civiles” précise Philippe Labbé, responsable des relations industrielles au CEA de Monts. Par exemple, le CEA a tiré de ses travaux sur les lasers de puissance un procédé de traitement optique de composants, le sol-gel, dont la propriété est de faciliter la transmission de la lumière. Ce traitement “anti-reflet” est passé dans la vie quotidienne, avec les verres de lunettes, les téléviseurs, etc. Dans le domaine médical, cette technologie appliquée à la coupole inférieure qui protège l’ensemble de l’éclairage opératoire épargne au patient anesthésié localement de voir son reflet ou les gestes du praticien... De même, l’expérience acquise dans les travaux de furtivité pour les aéronefs dans le domaine de l’infra-rouge a permis de réali-ser un filtre anti-calorique, toujours pour l’éclairage opératoire : la lumière froide ainsi générée évite au chirurgien qui opère de transpirer à grosses gouttes.

 
Un centre de recherche national
à Tours
 
Peu avant son départ, Claude Allègre, ex-ministre de l’Education et de la Recherche, a annoncé la création d’une vingtaine de pôles technologiques en France, dont près de la moitié consacrés à l’électronique. Associant laboratoires publics et centres de recherche de grands groupes industriels, ces centres nationaux de recherche technologique (CNRT) sont clairement identifiés dans plusieurs villes de l’Hexagone. A Tours, il est dédié à la micro-électronique de puissance. “Le CNRT vient en quelque sorte “labelliser” une coopération qui existe déjà depuis cinq ans entre une dizaine de laboratoires français et STMicroelectronics”, commente le directeur de la recherche et du développement chez ST, qui assure que le projet n’est pas remis en question par le dernier remaniement ministériel. L’implantation d’une plate-forme technologique dans l’enceinte de l’entreprise est prévue d’ici la fin de l’année. Le laboratoire micro-électronique de puissance (LMP) déjà installé en serait l’une des constituantes avec le laboratoire d’électronique des matériaux avancés (LEMA-Université de Tours) et le CEA du Ripault, nouvellement intégré à la collaboration : “Chacun gardera son propre champ d’investigations mais les échanges s’en trouveront facilités”, précise Jean-Baptiste Quoirin qui a patiemment tissé ce réseau de partenaires : “La recherche sur les composants se concentre sur la simplification des systèmes avec, pour double objectif, d’améliorer les performances intrinsèques des composants, d’une part, et de diminuer leur nombre, d’autre part”. En effet, moins les connexions sont nombreuses, meilleure est la fiabilité de l’ordinateur ou du téléphone portable, moins il consomme et plus il est léger. Autant d’arguments qui concourent à la vente du produit. Le matériau de base des composants électroniques est le silicium qui sert à la fois de support et de matériau actif pour réaliser un système électronique intégré. Le contrat signé avec le CEA du Ripault porte sur un nouveau matériau ferro-électrique pour remplacer l’oxyde de silicium. Avantage ? Une densité de charges plus forte qui permet de diminuer la taille des capacités (réservoirs de charges sous forme de couches de matière diélectrique entre deux électrodes métalliques). Cette avancée s’appliquera d’ici peu de temps à la téléphonie mobile. Un travail de recherche - fondamentale cette fois - est mené avec le centre CEA de Grenoble sur un nouveau composant semi-conducteur - le carbure de silicium - permettant de réaliser des circuits de puissance plus petits et fonctionnant même à très haute température, au-delà de 400°C. Prometteur mais à long terme !
 

L’élaboration :
question de savoir-faire

Interfaces entre les fabricants de matériaux et leurs clients utilisateurs, ces entreprises co-traitantes participent au développement de nouveaux matériaux.

 
Un matériau n’a de réalité qu’à partir du moment où il est transformé. Avant, il n’existe que par le potentiel qu’on lui prête. Or, les caractéristiques d’un matériau, aussi intéressantes soient-elles a priori, gagnent ou perdent en intensité selon la manière dont il est travaillé : “La même composition de la matière au départ, avec des façons différentes de l’élaborer, changeront ses caractéristiques à l’arrivée. 50 % des caractéristiques d’un matériau peuvent être perdues s’il est mal mis en oeuvre”, insiste Daniel Sausse, responsable d’Atemip, spécialisé dans le développement et la transformation par injection des thermoplastiques techniques et des composites.
Est-ce la bonne matière ? est-elle compatible avec l’application qu’on veut en faire ? quel est le meilleur process pour y parvenir ? les critères recherchés pour le produit seront-ils respectés (esthétisme, ergonomie, légèreté, résistance, etc.) ? Par les réponses qu’elles apportent, ces entreprises qui transforment la matière ne sont pas de simples exécutants, mais de véritables forces de proposition. Atemip a ainsi guidé Corona dans le choix du matériau pour ses nouvelles fixations de barrière de lits médicaux : l’entreprise a conseillé des matériaux composites injectables à base de fibre de verre, en remplacement des pièces de métal.
 

ATEMIP
grande consommatrice de LCP

 
Sur les quatre tonnes de LCP (Liquid Cristal Polymère) consommées par mois sur le marché européen, la moitié est achetée par Atemip, entreprise amboisienne de soixante-dix personnes ! Ce composite, dont la chaîne moléculaire en baguettes se prête à la réalisation de parois minces et droites pour des produits pesant de 0,1 g à 0,9 g, a vu le jour il y a cinq ans. Apprécié pour ses caractéristiques - grande tenue en température, refroidissement rapide et retrait quasi nul - le LCP est utilisé pour fabriquer des connecteurs pour la téléphonie et des systèmes de lecture de cartes à puce. Il est l’exemple type du matériau qui ne se révèle qu’à la faveur d’une mise en oeuvre réussie, ce que peu d’entreprises peuvent à ce jour assurer : “Nous sommes capables de valider notre process en fin de transformation”, certifie Daniel Sausse. Même chose pour les métalocènes qui, une fois transformés, présentent l’avantage inestimable de ne subir aucune variation à la température et à l’humidité : atouts appréciés dans la téléphonie mobile, par exemple. Les métalocènes n’étaient pas encore commercialisés qu’Atemip utilisait ce matériau dans son atelier depuis près de deux ans !
 
OPCA :
“Des matériaux exotiques”
 
En toute subjectivité, un millimètre pour elle équivaut à un mètre pour quiconque. La haute précision, c’est le métier de l’entreprise OPCA qui usine avec une précision de l’ordre du micron des matériaux durs, tels que les carbures, les céramiques, les ferrotic et les aciers rapides. L’entreprise de Fondettes, qui a investi récemment 2 MF dans un centre d’usinage grande vitesse à cinq axes, dont la tolérance est inférieure au centième de millimètre, est dotée d’un parc machines très performant. Comment faire autrement pour rectifier des pièces de 0,1mm ? Outils de découpe, pièces d’usure, moules de compression ou pièces de contrôle sortent de ses ateliers pour des entreprises comme SKF ou Norton Desmarquest par exemple, dont OPCA réalise une bonne partie de l’outillage en carbure. Mais les commandes sortent parfois des sentiers battus : “Il nous arrive d’usiner des matériaux exotiques”, confie Pierre Maillard, dirigeant d’OPCA qu’il a créée voilà trente ans. Une manière sibylline pour dire que des laboratoires de recherche comme les CEA lui confient des matériaux inédits à usiner : “On nous dit le minimum sur la composition du matériau. A nous de prendre les précautions nécessaires et de nous appuyer sur notre expérience pour anticiper ses réactions”. A titre d’exemple, le magnésium ou le titane prennent feu à l’usinage ; une information qu’il vaut mieux connaître au départ...
 
Ambiplast :
un “Géo-trouvetout”
 
Dans la famille des thermodurcissables, on demande “le Trespa” : petit nouveau conçu par le géant de la chimie Hoechst, il a été créé à partir de cellulose en poudre, noyée dans une résine “phé-nollique”. Sous forme de planches, il sert de matériau de construction pour l’habillage des balcons et des façades d’immeuble ou pour le mobilier urbain, par exemple. Ses atouts ? Il est hydrofuge et anti-tag.
“Des matériaux à partir de polymères, il en sort tout le temps, tant les combinaisons sont infinies”, reconnaît Jean-Louis Schubnel en tapotant de la main une pile de documents. “Le problème, c’est qu’ils ne sont pas toujours transformables et qu’il nous manque toujours le recul du temps”, poursuit le créateur d’Ambiplast à Ambillou, dont la spécialité est la chaudronnerie plastique. Ainsi le Trespa, avec lequel on lui a demandé de fabriquer des éléments de bar, est réfractaire à toutes les colles et à toutes formes de soudure : “Il n’y a pas d’autre solution que de visser les éléments entre eux”, conclut-il avec dépit. Or, chercher jusqu’à trouver la solution idoine, c’est bien la raison d’être de Jean-Louis Schubnel qui ne travaille jamais la matière sans en connaître la composition et la destination. Un préalable évident, surtout quand il produit, avec son équipe de quatre personnes, des cuves de 3000 litres en PVC, destinées à contenir des produits chimiques acides : “Le matériau doit être compatible avec le contenu de la cuve. Pour moi, nous n’en sommes qu’aux balbutiements de l’âge des plastiques. Je suis convaincu qu’un jour on fabriquera des navettes spatiales entièrement avec ce matériau”. En attendant, il s’affaire à la conception d’un prototype transparent pour Synthelabo, et facilement démoulable.
 
Prothèse dentaire :
l’évolution
 
Actuellement, 90 % des dents dites “en porcelaine” sont faites d’une base métallique qui sert d’armature. On applique ensuite une première couche de céramique pour faire le liant puis par touches successives, une seconde, de façon à recréer les nuances de la teinte d’origine. Trois heures de travail depuis le moulage ! Pour supprimer le métal, facteur dans certains cas (rares) d’allergie, les fabricants ont mis au point une base en vitrocéramique aux caractéristiques physiques élevées. Ce matériau est maintenant suffisamment résistant et dur pour réaliser un bridge. “Eco-nomiquement la vitro-céramique revient au même, mais elle donne une image commerciale dynamique”, commente Jacky Pennard, responsable de Céram Fixe, l’un des douze premiers laboratoires de prothèse dentaire de France. Biocompatible également, le nouveau composite travaillé par le laboratoire de prothèse Céra Color est constitué de charges de céramique et de résine polycarbonate. Sa dureté a l’avantage d’être comparable à celle des dents naturelles. Autre atout, il peut remplacer les amalgames.
“En 30 ans de métier, j’ai vu évoluer considérablement les matériaux et les procédés. L’éventail des possibilités s’est agrandi. En définitive, il n’y a pas de bons ou de mauvais matériaux; la valeur symbolique que leur accordent les patients compte aussi pour beaucoup”, conclut Jacky Pennard avec philosophie.

Anne-Christine BECARD


Fibre de carbone

De l’innovant avec du vieux

Qui dirait que la fibre de carbone, renfort haut de gamme des matériaux composites à performances élevées, est utilisée dans le domaine de l’aéronautique depuis près de trente ans et dans le domaine sportif depuis plus de deux décennies ? Nouveau, ce composite ? sûrement pas, mais ses propriétés de légèreté, de résistance, de rigidité, de biocompatibilité lui ont ouvert de nombreux champs d’application y compris le médical. Depuis 1992, Janton à Richelieu produit, entre autres appareillages, 350 orthèses en fibres de carbone par an (l’orthèse supplée un membre ; la prothèse le remplace). Ce “must” de légèreté (2,5 kg), lié à une prescription médicale, est évidemment plus cher : “La même, produite en aluminium, pèse deux fois et demie plus lourd”, commente Michel Guérin, directeur de Janton.
“Le matériau ? Il est imposé par le marché”, assure Paul-Henri Viellard, dirigeant de Garbolino. “L’explosion du composite en fibres de carbone sur le marché du sport date de la fin des années 1970. Le caractère innovant de nos produits ne tient pas à l’utilisation de ce matériau en tant que tel mais à notre process”. Le procédé de pré-enduction des fibres permet de mieux contrôler leur taux en résine époxyde et d’assurer ainsi une meilleure qualité au produit final. Dernière innovation en date : les cannes à pêche destinées à la compétition ne sont pas produites selon la technique de l’enroulement filamentaire mais selon celle de la nappe afin d’accroître encore leur caractéristique de résistance.