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Fabrication des fibres de carbone à partir de précurseurs «verts» et optimisation des processus

Les matériaux intelligents dépendent des composants composites pour intégrer toute la gamme des propriétés recherchées; cependant, dans une certaine mesure, les processus de fabrication actuels n’ont pas évolué depuis la fin des années 1960. Le projet FIBRALSPEC avait pour objectif d’actualiser ces processus et de répondre aux préoccupations en termes de développement durable, tout en améliorant la performance.
Fabrication des fibres de carbone à partir de précurseurs «verts» et optimisation des processus
La conception de structures composites, et notamment celles utilisant des fibres de carbone, a permis aux ingénieurs de repousser les limites de la production des matériaux en leur conférant des propriétés grandement améliorées et à moindre coût. Cependant, après plus de cinq décennies de recherche et la mise en place d’une industrie, aujourd’hui en plein essor, qui fabrique une multitude d’applications à partir de ces découvertes, il apparaît nécessaire de recourir à de nouveaux précurseurs «verts» (les matières premières utilisées pour fabriquer les fibres) qui présenteraient une alternative aux normes industrielles actuelles basées sur le pétrole.

Le projet FIBRALSPEC, financé par l’UE, est parvenu à améliorer la production de fibres de carbones à partir de ressources renouvelables comme la lignine et les polymères organiques. Ce projet a utilisé avec succès la technologie des composites renforcés pour la mise au point de différentes applications, comme les supercondensateurs flexibles et les abris d’urgence à déploiement rapide (RDSES pour Rapid Deployment Secure Emergency Shelters). FIBRALSPEC est parvenu à développer des lignes de production ainsi qu’un prototype de mécano-électro spinner opérationnel pour la production de nanofibres, annonçant ainsi la naissance d’une nouvelle génération de matériaux exceptionnels.

Des fibres de carbone dotées de propriétés améliorées

Les matériaux composites en fibres de carbone (FC) sont de plus en plus intégrés à notre vie quotidienne. Ces composites sont la clé des structures et des matériaux intelligents. Ils se caractérisent par leur légèreté, leur résistance et leur faible rigidité, ce qui en fait des matériaux très intéressants pour une large gamme de secteurs industriels, notamment les transports, l’électronique et la construction. Cette combinaison de propriétés très recherchées permet d’apporter des solutions d’ingénierie à certains des problèmes les plus complexes des sciences et technologies des matériaux.

Cependant, le coordinateur du projet FIBRALSPEC, le professeur Costas Charitidis souligne que «même si la production à l’échelle industrielle des FC a commencé à la fin des années 1960, les défis en matière de fabrication continue laissent encore une marge d’amélioration considérable».

L’équipe de FIBRALSPEC a réussi à appliquer ses techniques de production à la fabrication de composites conventionnels, comme par exemple pour la production des abris d’urgence à déploiement rapide en fibre de verre (RDSES-FG pour Rapid Deployment Secure Emergency Shelter-fibreglass). Ainsi, il a été possible de réduire l’unité de masse des abris, tout en augmentant leur rigidité structurelle, leur durabilité et leur exploitabilité par l’utilisateur final. Des précurseurs verts des fibres de carbone en lignine ont également été produits et le processus de stabilisation-oxydation a été optimisé. En ce qui concerne le développement de procédés respectueux de l’environnement, de nouvelles techniques ont été mises au point pour des produits intéressants d’un point de vue commercial qui peuvent être fabriqués à partir de déchets de fibres de carbone.

De manière décisive, le projet a mis en place une étude de type Analyse du cycle de vie afin de déterminer si les stratégies de réutilisation et de recyclage peuvent se justifier d’un point de vue environnemental, avec un développement précurseur en direction de la mise en œuvre d’une réutilisation des déchets de fibres de carbone.

Accroître les approvisionnements futurs et la disponibilité des FC

Une des ambitions de FIBRALSPEC était d’aider l’industrie européenne à devenir plus indépendante de la chaîne d’approvisionnement actuelle en matière d’importation des fibres de carbone et des précurseurs. Vers la fin, le projet s’est axé en grande partie sur le développement de la technologie des supercondensateurs, utilisés aujourd’hui pour faire fonctionner de nombreuses applications, dans la mesure où ces derniers représentent un énorme potentiel pour l’Europe avec des opportunités de marché dans de nombreux secteurs industriels.

Comme le résume le professeur Charitidis, «notre projet a été lancé pour conférer à l’Europe plus de leadership et de compétitivité industriels dans des domaines stratégiques comme les transports, l’électronique, l’aérospatiale, la construction, l’énergie et les loisirs.

L’équipe prévoit de s’appuyer sur les résultats du projet pour démontrer la faisabilité du passage à l’échelle industrielle des processus développés par FIBRALSPEC. Des partenariats industriels ciblés permettront les échanges de connaissances nécessaires pour le passage d’une production de laboratoire à des procédés à grande échelle et rentables.

Mots-clés

FIBRALSPEC, fibre de carbone, composite, matériau, polymère, précurseurs, ingénierie, supercondensateur, chaîne d’approvisionnement, légèreté, durabilité