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De nouvelles technologies laser créent des surfaces antibactériennes

Si les surfaces artificielles pouvaient repousser l’eau comme le fait une feuille de lotus, elles seraient autonettoyantes. La clé repose sur deux nouvelles méthodes de texturation laser.

Technologies industrielles
Santé

Les textures de surface des matériaux peuvent avoir une très grande incidence sur leurs propriétés antibactériennes. À titre d’exemple, dans la nature, la microstructure de la surface de la feuille de lotus la rend hydrophobe. Étant donné que les bactéries sont principalement transportées dans des fluides, la dispersion du fluide permet d’éliminer les bactéries. De même, les surfaces présentant certaines textures rugueuses à des échelles plus petites qu’une bactérie peuvent entraver l’adhésion des bactéries en limitant les points de contact de la bactérie ou en égratignant sa membrane cellulaire. La combinaison de textures artificielles hydrophobes et antibactériennes pourrait déboucher sur des applications industrielles importantes, par exemple, dans le secteur alimentaire. La texturation est le processus de fabrication qui consiste à créer une texture donnée. Théoriquement, un laser pourrait façonner la surface à de très petites échelles sans faire fondre ou couper le matériau, ce qui introduirait des formes indésirables. Toutefois, les lasers industriels se sont révélés jusqu’à présent inadaptés, les pulsations étant trop lentes, ce qui fait fondre le matériau. En outre, la fabrication industrielle exige une texturation rapide de grandes surfaces, et les lasers actuels ne sont pas suffisamment puissants pour une production à haut débit.

Un nouveau système de texturation laser

Le projet TresClean, financé par l’UE, a développé des technologies de texturation destinées aux secteurs de l’industrie alimentaire et de l’électroménager. Le nouveau système est capable de texturer rapidement de grandes surfaces, en réalisant simultanément des motifs hydrophobes et antibactériens. Il comprend également une nouvelle technologie de balayage pour le contrôle du faisceau. La propriété autonettoyante est obtenue par la combinaison de deux textures de surface différentes. «Dans ce cas, la morphologie consiste en la superposition de rugosités à l’échelle microscopique et de caractéristiques à l’échelle nanométrique dans un motif similaire aux deux échelles», explique Luca Romoli, coordinateur du projet et professeur à l’université de Parme. «Cette structure dite hiérarchique est superhydrophobe. L’eau glisse essentiellement sur un tapis de nanobulles d’air.» Les partenaires du projet TresClean ont évalué plusieurs technologies de texturation et se sont accordés sur deux d’entre elles pour les développer plus avant. L’une d’elles est la structuration par interférence laser directe, où l’interférence de quatre faisceaux laser génère un motif spécifique sur la surface. La deuxième technique relève des structures périodiques de surface induites par laser. Cette technique permet de créer la texture souhaitée par un auto-arrangement du matériau en fonction de l’état d’instabilité généré par l’exposition à des pulsations laser ultracourtes. «Une pulsation laser peut être vue comme une pierre jetée dans un étang», ajoute Luca Romoli. «Les ondes générées par le choc sur la surface de l’eau sont semblables aux crêtes qui se forment sur une surface métallique.»

Le concept éprouvé

Au début du projet, les lasers existants ne disposaient ni d’une puissance ni d’une vitesse suffisantes pour une production à haut débit. Le projet a mis au point et testé la combinaison de lasers appropriés, capables de générer des pulsations à 10 MHz, et une tête de balayage capable d’analyser une zone de 200 x 200 mm en 200 millisecondes. Une fois intégré dans des machines de traitement des matériaux, le nouveau système permettait de texturer des composants métalliques avec les paramètres souhaités. Les textures ont été transférées avec succès sur des pièces en plastique lors du moulage par injection. Les tests de propreté des pièces produites de cette manière ont montré une réduction de 90 % de l’adhésion bactérienne par rapport aux pièces non texturées. Les pièces en métal se sont avérées plus performantes que les pièces en plastique. Les tests de durabilité des pièces métalliques ont également été satisfaisants. Les surfaces antibactériennes ont de très nombreuses applications dans l’industrie, notamment dans divers secteurs de l’alimentation et de l’électroménager, ainsi que dans les systèmes antisalissures marins. Les représentants de ces secteurs ont exprimé leur intérêt pour les nouvelles technologies de TresClean. Ces développements pourraient contribuer à la création d’une gamme de produits autonettoyants.

Mots‑clés

TresClean, laser, texturation, antibactérien, surfaces, technologies de texturation, superhydrophobe

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