« ERC Grant » pour la chercheuse de l'Empa Dorina Opris : Développer des transducteurs sans fluor pour le marché

Même si nous n'en sommes pas conscients : Nous sommes entourés de transducteurs ou convertisseurs d'énergie. Ils sont présents partout où l'énergie est produite, stockée ou consommée sous quelque forme que ce soit, par exemple dans les appareils électriques, les voitures, les centrales électriques, les cellules photovoltaïques et les batteries. Les types de transducteurs et les matériaux utilisés sont aussi variés que leurs domaines d'application. Dorina Opris, chercheuse à l'Empa au laboratoire des polymères fonctionnels, accorde une attention particulière aux matériaux pour les transducteurs souples. Les matériaux élastiques dotés des bonnes propriétés électriques conviennent par exemple à la fabrication de capteurs de sons et de vibrations ou de muscles artificiels, appelés actionneurs, qui mettent en mouvement des composants.

Un polymère fréquemment utilisé pour de telles applications est le polyfluorure de vinylidène (PVDF). Ce plastique contenant du fluor fait partie du groupe des PFAS, également connus sous le nom de produits chimiques éternels en raison de leur grande stabilité dans l'environnement. Avec l'augmentation de la réglementation et les interdictions imminentes des PFAS, des alternatives durables, évolutives et économiques sont recherchées.

C'est précisément là qu'interviennent les recherches de Dorina Opris et de son équipe. La chercheuse de l'Empa développe ce qu'elle appelle des polysiloxanes – plus simplement, des silicones. Contrairement au silicone traditionnel, les polysiloxanes développés à l'Empa sont polaires et fonctionnent comme des diélectriques : des matériaux qui ne conduisent certes pas le courant, mais qui interagissent avec les champs électriques. En appliquant une tension électrique, ils peuvent se déformer de manière réversible – c'est-à-dire transformer l'énergie électrique en mouvement.

Pour le développement de ces nouveaux polymères, Dorina Opris a déjà reçu en 2020 une prestigieuse « ERC Consolidator Grant » du Conseil européen de la recherche. L'ERC honore à présent sa recherche par une « Proof of Concept Grant » consécutive. Ce soutien vise à faciliter le transfert de technologie de la recherche vers l'économie.

Flexible et durable

« Notre matériau ne contient pas de liaisons fluorocarbone et sa fabrication ne génère pas de solvants ou de substances nocives pour la couche d'ozone, comme c'est le cas pour le PVDF », explique la chercheuse de l'Empa. Certes, la fabrication du plastique à base de silicium est gourmande en énergie, mais il est entièrement recyclable. Dorina Opris et son équipe développent le matériau principalement sous forme d'encres d'impression, ce qui garantit un traitement simple et facilement modulable.

Le nouveau polysiloxane ne peut pas remplacer le PVDF dans toutes les applications – les propriétés électriques des deux matériaux sont trop différentes. Mais pour certaines applications, le polysiloxane est même mieux adapté : il est nettement plus élastique que le PVDF, et ce même à des températures plus basses. Il permet ainsi de meilleurs actionneurs, notamment pour l'extérieur. Dorina Opris voit d'autres applications, notamment dans la robotique, l'industrie automobile et le stockage de l'énergie. « Le fait que nous puissions transformer notre matériau en couches minces permet de l'utiliser dans les batteries, les condensateurs et les composants électroniques », explique l'experte en polymères.

Aussi bon que soit un nouveau matériau, le passage du laboratoire à l'économie est toujours un défi. «La mise à l'échelle industrielle nécessite des investissements. Or, les entreprises considèrent souvent cette étape comme trop risquée », explique Dorina Opris. Au cours des 18 prochains mois, la chercheuse veut utiliser son « ERC Grant » d'un montant d'environ 150'000 euros pour créer des prototypes de couches minces diélectriques et les caractériser en détail – et convaincre ainsi l'industrie du potentiel de ce nouveau matériau. La création d'une spin-off pour commercialiser les nouveaux matériaux est également une option.

Technology Briefing: Safe and Sustainable by Design (SSbD)

Le 25 juin aura lieu à l’Empa, à Dübendorf, la Technology Briefing consacrée au thème « Safe and Sustainable by Design » (SSbD). Des chercheurs de l’Empa et des partenaires industriels y présen-teront des perspectives concrètes et illustreront, à l’aide d’exemples, les opportunités offertes par le SSbD pour des innovations sûres et durables. L’événement est organisé par l’Empa-Akademie, se déroulera en allemand et est gratuit. Vous pouvez vous inscrire au lien suivant: www.empa-akademie.ch/ssbd

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Informations

Prof. Dr. Dorina Opris
Functional Polymers
Tél. +41 58 765 43 04
dorina.opris@empa.ch