Des surfaces superhydrophobes en polymère grâce à un moule microtexturé
En utilisant la gravure plasma pour créer des microtextures sur les empreintes d'un moule, une équipe de scientifiques a fabriqué des pièces en polypropylène superhydrophobes. Les résultats sont publiés dans les revues Biomimetics et Surface & Coatings Technology.
Lorsqu'une pièce industrielle est soumise à des basses températures, de la glace peut s'accumuler à sa surface, ce qui nuit à sa fonction et pose des problèmes de sécurité. Sur des pièces en polymère, il est possible de créer des microtextures afin obtenir des surfaces superhydrophobes qui retardent l’apparition du gel et limitent l’adhésion de la glace. À condition de disposer d'une technique de microtexturation précise, et adaptée à la production en série d'une grande quantité de pièces. Une équipe réunissant le Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (LTDS, Centrale Lyon/CNRS/ENTPE), l'Institut des nanotechnologies de Lyon (INL, Centrale Lyon/CNRS/CPE Lyon/INSA Lyon/Université Claude Bernard) et l'ITECH, a mis au point une méthode de microtexturation des empreintes du moule d'injection de petites pièces en polymère, qui pour la première fois utilise la gravure plasma.
Pour identifier les paramètres topographiques d'une microtexturation constituée de plots, l'équipe du LTDS a réalisé une étude statistique basée sur des résultats disponibles dans des revues scientifiques, complétés par des essais menés au laboratoire. Cette étude préliminaire a mis en évidence le rôle clé de la pente de ces microplots pour obtenir des propriétés superhydrophobes. Plusieurs microstructures ont été étudiées. L'une d'entre elles, choisie pour démontrer la faisabilité du procédé, est constituée de piliers cylindriques de 10 µm de diamètre, espacés de 10 µm. La gravure plasma permet de maîtriser la pente des motifs, et d'obtenir des pentes presque verticales, ce qui est impossible avec la technologie de gravure par laser femtoseconde. Le procédé de gravure plasma {Cl2/Ar}, utilisé classiquement en microélectronique, et précédé d'une étape de photolithographie, a été adapté au traitement d'un acier et mis œuvre dans la salle blanche NANOLYON-INL. Un post traitement à l'hydrogène élimine les résidus solides non volatils (particules chlorées) qui se forment pendant la gravure. La protection contre la corrosion est ensuite renforcée par le dépôt d'une double couche Cr/CrN. Des petites éprouvettes en polypropylène, polymère utilisé couramment dans l'automobile, l'aéronautique, et l'électroménager, ont été fabriquées à l'ITECH avec le moule gravé par plasma, montrant une excellente réplication de la microtexture. La qualité du moule n'a subi aucune dégradation après 1000 cycles d'injection. Les propriétés superhydrophobes des pièces en polymère ont également été caractérisées.
Il serait maintenant intéressant de tester la méthode avec d'autres polymères. Dans la perspective d'une industrialisation potentielle, elle devra également être validée à plus grande échelle (plusieurs milliers de cycles d'injection). Par ailleurs, la nature étant riche en surfaces superhydrophobes très efficaces, comme l'a montré une étude de la même équipe sur l'aile des papillons Morpho peleides, une approche biomimétique devrait permettre d'aller plus loin avec des microtexturations multi-échelles. Le projet, au départ une collaboration entre le LTDS et l'INL, se poursuit dans le projet ANR Polsud.

© Louise Burdin, LTDS
Références
How the Structure and Wettability Properties of Morpho peleides Butterfly Wings Can Be a Source of Inspiration.
Louise Burdin, Anne-Catherine Brulez, Radoslaw Mazurczyk, Jean-Louis Leclercq and Stéphane Benayoun.
Biomimetics, février 2025.
https://doi.org/10.3390/biomimetics10020089
Texturing Injection Molds using Microelectronics Techniques.
Louise Burdin, Anne-Catherine Brulez, Radoslaw Mazurczyk, Jean-Louis Leclercq, Stéphane Benayoun.
Surface & Coatings Technology, mars 2025.
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.131989