Des textiles pas ordinaires (partie I)

L’industrie textile en France est assez fortement liée au Nord Pas-de-Calais : c’est chez moi, là où je suis née, là où je vis, alors je m’y intéresse.
Cette activité fut un pilier fort de l’économie de la région, notamment au moment de la révolution industrielle du XiXe siècle.Qu’en est-il depuis ? Certes il y a eu la crise, à partir des années 60 : concurrence, délocalisation, mais le secteur a su résister notamment grâce à de nombreuses adaptations et le développement de textiles très spécialisés !
La région joue encore aujourd’hui un rôle très important dans le domaine du textile : elle est classée 2e après la région Rhône-Alpes. Son point fort : les textiles techniques ou plutôt à usage technique. En effet, quasiment toutes les anciennes entreprises dédiées au textile traditionnel se sont tournées vers les textiles à usage technique.

Bref, un post en deux parties consacré aux textiles peu ordinaires : ceux à usages techniques développés en Nord Pas-de-Calais (partie I) et les autres destinés à l’habillement en fibres naturelles (partie II)  ; sauf que celles dont on va parler ne sont pas ordinaires… oubliez le coton, bienvenues aux fibres issues d’oranges, du café et autres surprises !

*La Manufacture est un musée dédié à la mémoire et à la création textile en Nord Pas-de-Calais.

Des articles consacrés aux textiles, il y en a eu plusieurs sur ce blog.
Nous avions parlé du coton et de la viscose ici. Dans ce premier article, il était question tout d’abord de distinguer les fibres naturelles (coton, lin), des fibres artificielles et des fibres synthétiques. Il est peut-être bon de rappeler cet aspect ici.

Les fibres naturelles sont issues des  ressources naturelles sans transformation chimique, les fibres artificielles sont élaborées à partir de ressources naturelles (comme la cellulose des végétaux) mais transformées par un traitement chimique et les fibres synthétiques, non issues de la nature mais de produits développés à partir du pétrole.

Les tissus synthétiques ont été plus précisément décrits dans cet article : nylon, kevlar, les polyesters, les fibres acryliques, l’élasthanne.

Des textiles techniques et innovants
J’ai eu l’opportunité d’assister à une conférence sur le sujet, le 16 décembre dernier (organisée par IAE -Ecole Universitaire de Management de Lille et NFID -Nord France Innovation Développement).
L’un des orateurs représentait le pôle de compétitivité UP-Tex (qui compte plus de 130 membres dont Arkema, MecaPlast, Damart, Institut Pasteur de Lille) dont la mission est de favoriser le développement économique par l’innovation textile (développement de nouvelles filières) grâce à la mise en relation des chercheurs, des entreprises et industriels, le management de projets, la veille technologique.

Mais qu’est-ce qu’un textile à usage technique ?
Il s’agit de fonctionnaliser des matériaux textiles : les rendre résistants au feu, anti-bactériens, imputrescibles, imperméables, isolants, thermorégulateurs… Bref, ils ont un rôle à jouer soit par leurs caractéristiques chimiques soit pat leurs propriétés mécaniques.
Pour quelles applications ? Principalement le secteur du bâtiment (en renfort des bétons pour leur apporter ductibilité mais aussi pour les alléger, les rendre plus résistants aux séismes, y insérer de la fibre optique ou pour les revêtements de sols à des fins d’isolation phonique), le secteur médical (les implants, filtration du sang, textiles connectés), les usages professionnels de haute performance (filtration des gaz, récupération des boues…), protection individuelle (les masques).

J’ai donc creusé un peu certaines de ces applications afin d’en savoir plus. Et l’un des sujets qui m’a tenue en éveil ces derniers jours concerne le béton.
Quel type de textile ajoute-t-on au béton pour le renforcer mais aussi le rendre plus ductile ? Que faut-il étudier et optimiser pour obtenir les meilleures performances ? Quelles sont ces performances ?

Du textile dans le béton

On connaît le béton renforcé à l’acier (appelé communément  » béton armé »). Le souci dans l’affaire est qu’il nécessite un apport de matière assez conséquent pour enrober les armatures : l’épaisseur de l’ouvrage s’en trouve augmentée de façon significative. Une autre préoccupation majeure (sinon la principale) est sa longévité à cause de la possible corrosion de l’acier dont on connaît les conséquences dramatiques pour la tenue de l’ensemble.
Et puis, on s’est aperçu que ce type de composite laissait à désirer quant à sa capacité à résister aux contraintes fortes (en cas de séisme par exemple).

Des textiles peuvent être incorporés au sein d’un mortier et donner un composite aux propriétés très intéressantes : en particulier un gain notable en matière première, une bonne résistance à la corrosion
Le matériau composite obtenu (appelé TRC « Textile Reinforced Concrete ») est donc fait d’une matrice ciment dans laquelle une ou plusieurs couches minces de textiles ont été insérées.
De telles couches de textiles permettent alors de renforcer la structure pour des contraintes intervenant dans les deux directions du plan de chaque couche. Pour des contraintes perpendiculaires, c’est alors la matrice qui prend le relais. Mais parfois cela ne suffit pas et on craint le délaminage (ou cisaillement dans l’épaisseur).

Il y a alors des matériaux tridimensionnels : une seule forme textile préformée est alors incluse dans la matrice.

Ce type de matériau s’est surtout développé depuis les années 90-2000, bref c’est récent. Et on a encore beaucoup à comprendre et à améliorer.

Les études pour obtenir les meilleures performances sont alors nombreuses. La performance, caractérisée notamment par la résistance aux contraintes, est très fortement liée à la qualité de la liaison entre les différentes parties du composite (nous dit la littérature : euh, on s’en doutait un peu). Oui cela paraît logique : une bonne coordination entre les deux composants permettant de répartir les efforts de charge est primordiale.
Mais il faut comprendre que la qualité des liaisons est un phénomène complexe qu’il faut tâcher de caractériser au mieux pour anticiper les mécanismes de dégradation et étendre la longévité de l’ouvrage. Cela repose sur :
– l’adhérence entre les fibres et la matrice,
– la pénétration de la matrice autour des fibres : la capacité de mouillage des filaments,
– les liaisons entre filaments au sein d’une fibre,
– l’arrangement des fibres les unes par rapport aux autres,
– l’arrangement des fibres au sein du réseau mortier,
– la composition du mortier et la finesse des grains de la matrice …

Quant au textile en lui-même, il faut savoir que la première étape est d’étudier le filament, la brique de base du textile : son diamètre est compris entre 5 et 30 µm. Les filaments sont alors assemblés en fils puis les fils sont judicieusement combinés par différents types de technologies pour faire naître le textile : tricotage, collage, tissage, tressage, canevas. Et évidemment, selon la position relative des fils les uns par rapport aux autres, selon le type d’accroches entre fils, entre mailles, la distribution de taille, le résultat est différent (comprendre le comportement mécanique). Bref le choix de la technologie dépend de l’application visée.

Bon ça c’est pour le côté physique de la chose, c’est important mais pas suffisant !
La nature chimique des fibres doit être compatible avec celle du mortier et résister aux réactions préjudiciables pour la tenue du béton dans le temps : les alcali-réactions (formation d’un gel expansif par la rupture des liaisons Si-O des granulats due à l’attaque des alcalins présents dans la solution interstitielle) et la corrosion.
Parmi ces matériaux, on retrouve des fibres organiques (naturelles ou synthétiques) ou minérales (basalte, verre, acier…). Citons parmi les plus répandues pour les fibres organiques, les fibres d’aramide et le nec plus ultra : les fibres de carbone, très onéreuses (grande résistance en traction et compression, peu sensibles à la dilatation et faible densité) donc réservée à des situations bien particulières.

Voilà un peu rapidement, un tour d’horizon des points à étudier pour le développement d’un mortier-textile qui s’adapte au mieux à l’application pour laquelle il se destine !

Je reviendrai sur d’autres aspects des textiles techniques abordés lors de cette conférence (dans un autre post).

Les textiles au service de l’énergie

La dernière partie de la conférence citée en début d’article était consacrée à la société Pronal et au projet CRYOBTURE : voilà qui a retenu toute mon attention (activité professionnelle oblige).

La société Pronal (basée à Leers, dans la métropole lilloise) est une ancienne entreprise de textile traditionnelle (c’est-à-dire l’habillement) reconvertie dans les textiles à usage technique (comme 90 % des entreprises du Nord Pas-de-Calais).

Elle est spécialisée dans la conception de réservoirs de grande capacité, de coussins de relevage, d‘obturateurs, de flotteurs, compensateurs pour des applications dans les domaines de la défense, l’aéronautique, l’environnement, l’industrie, la sécurité. Pour toutes ces applications, il s’agit d’une trame textile enduite de plastomères (polymères qui sous l’action d’une contrainte se déforme de façon élastique et plastique) collée ou soudée.

L’intitulé « CRYOBTURE » est, logiquement, une contraction de « cryo » et « obture » donc un projet qui s’intéresse à l’obturation (bouchage d’un trou) mais à des températures cryogéniques (inférieures à -150 °C).
La recherche est centrée autour du terminal méthanier de Dunkerque (Dunkerque LNG – Gaz Naturel Liquefié). Pour stocker à l’état liquide le gaz naturel, il est nécessaire de descendre sous les -161 °C. Au niveau du terminal méthanier, des navires chargés de gaz naturel condensé à l’état liquide, débarquent et déchargent leur cargaison dans trois grands réservoirs de stockage (190 000 m3).

Ensuite toute une infrastructure de re-gazéification (vaporisation grâce à des échangeurs à eau de mer réchauffée) permettra la production de gaz naturel et la redistribution continue vers les consommateurs.
Imaginez-vous une fuite dans un pipeline contenant du gaz liquifié !
Il faut réparer bien sûr ! Une première solution serait alors d’arrêter la production de méthane (regazéification), d’intervenir sur le pipe et de reprendre la production, une fois la réparation terminée. Cela implique 6 jours d’arrêt avec les coûts qui s’y adjoignent.

Une autre solution serait d’utiliser deux ballons obturateurs gonflables mis en place de part et d’autre du point de fuite : l’intervention de réparation ne dure alors que 2 jours.

De tels obturateurs existent pour les pipelines qui acheminent le pétrole. Oui mais pour un fluide à -163°C, la question n’était pas encore posée … Quel matériau utiliser pour la fabrication de ces appareils ? Quel matériau peut donc résister à de si basses températures ?

Un polymère répond potentiellement au cahier des charges : le PTFE (polytétrafluoroétylène), un fluoropolymère autrement plus connu sous le nom de Téflon®. Comme on le sait pour le revêtement des poêles, ce matériau présente peu d’adhérence. Il faut donc l’associer à un autre type de fil  (devant lui aussi résister à ces températures cryogéniques) pour le mettre en oeuvre. C’est la société Immatec, à Tourcoing, spécialiste en R&D et production de fibres et textiles à haute performance qui s’attaque à cette problématique. Mais ils ne sont pas seuls, car l’association PTFE avec l’autre fil nécessite plus d’un domaine d’expertise : la société Dellanoy Frères (Bousbecque) est intégrée dans le projet ainsi que le laboratoire de mécanique de Lille et le spécialiste des obturateurs Pronal. Encore une histoire de composite finalement !

Ce projet est né en fin d’année 2014 et a démarré tout récemment (juillet 2015). L’objectif de durée est de trois ans, mais des débordements sont toujours possibles. A suivre donc … 

Bref, le Nord Pas-de-Calais a su tirer son épingle du jeu dans le cadre de sa reconversion des textiles traditionnels vers les textiles à usage technique et les quelques exemples présentés ici montrent combien chaque projet est complexe et aux enjeux environnementaux et sociétaux majeurs ! Beaucoup d’heures passionnantes à passer pour trouver les caractéristiques justes des matériaux et les bonnes associations pour des composites performants et durables !