Un jet de plastique liquide : l’électrospinning

Script de la vidéo :

La semaine dernière, j’ai rencontré un chercheur qui travaille sur de l’électrofilage que je vais vous présenter dans quelques secondes. Une des applications commerciale de cette technique c’est de pouvoir faire des filtres très précis.

Depuis que je l’ai rencontré, je ne peux pas m’empêcher de voir à quel point notre vie est entourée de filtres.

Et dans tous ces filtres du quotidien, il y a quelque chose de commun : ils sont tous grillagés, tressés.

Alors logiquement, dans ma tête, on fabrique les filtres comme on tricote un tissu. Les fils de laine sont logiquement enchevêtrés et les espaces entre chaque fils constituent les pores qui laissent passer seulement une partie du fluide. Et évidement c’est là que se joue toute la performance des filtres : dans la tailles des fibres utilisées et dans la taille des pores.

Je suis allée voir Rafael essentiellement parce qu’il m’avait dit qu’il avait une technologie cool à me présenter. Et quand je suis allée le voir j’ai découvert que quand on réalise des filtres à plus petite échelle, les fibres ne sont pas du tout agencées de façon ordonnée. Il existe plusieurs façons de créer des filtres mais aujourd’hui, on parle de l’électrofilage, électrospinning en anglais.

Rafael, de l’École de Technologie Supérieure de Montréal, nous explique que ses fibres servent à faire des filtres mais aussi des supports cellulaires pour des applications biomédicales.

Voici les fibres que Rafael fabrique avec sa technique.

Si on regarde les fibres de plus près avec un microscope maison (cliquez ici pour voir comment fabriquer ce microscope), on remarque que les fibres sont complètement désorganisées. On arrive quand même aux limites des capacités de mon microscope… Rafael utilise plutôt un microscope électronique à balayage et cela donne ce genre d’image.

Astuce : Petite astuce pour se faire un petit microscope portable : récupérez la lentille qui se trouve à l’intérieur d’un pointeur laser (celui-ci m’a coûté 2$) et placez le sur la lentille de votre téléphone portable avec un peu de patafix. Vous pourrez observer de jolies choses !

On est assez loin d’un filtre bien tressé ! Ici, les espaces entre les fibres font offices de pores délimités par les fibres de plastique.

L’électrospinning présente l’avantage de fabriquer des filtres à l’échelle nanométrique à partir d’une seule et unique fibre de diamètre constant (ce qui est très difficile à obtenir avec des méthodes classiques). Les filtres produits ont alors une large surface de contact et une taille de pores contrôlable qui sont des propriétés recherchées dans les filtres.

Les fibres de Rafael mesurent environ 50 microns de diamètre. Dans la littérature, on peut trouver des fibres encore plus fines de l’ordre de 50 nanomètres.

Maintenant que nous avons vu ce que l’électrospinning permet de faire, voyons comment il le fait.

Son de Rafael qui présente le setup pendant qu’on le voit

Le plastique utilisé est similaire à celui que l’on trouve dans notre vie quotidienne. Il est acheté sous forme de poudre et dissous dans un solvant puis placé dans une seringue.

Le piston de la seringue est poussé très lentement par une pompe, qui s’appelle, de façon très originale, une pompe seringue. Dans cette technique, le polymère ne doit pas couler mais être projeté sur un collecteur quelques cm plus loin. Pour cela, on branche la seringue au courant ce qui rend notre polymère chargé électriquement. Comme le collecteur est, lui, branché à la terre, il se forme alors une différence de potentiel énorme entre le collecteur et la seringue, de l’ordre de 30 kV. Et comme les contraires s’attirent, cette différence de potentiel crée une attraction qui projette alors le polymère sur le collecteur.

Vous avez remarqué que le filtre de Rafael est fait de matière solide alors que l’on projette un liquide ! En réalité, pendant que le polymère est projeté, le solvant s’évapore et le plastique redevient alors solide.

Le fait que le polymère ait été liquide est indispensable. Comme le plastique solide n’est pas conducteur, il ne pourrait pas être chargé électriquement. Ce sont alors les ions apportés par la solution qui permettent au plastique sous sa forme liquide de se charger électriquement.

Parlons du collecteur maintenant. Quand j’ai vu cette technique, je me serais attendue à voir une espèce de stalactite horizontale, puisque le jet est tjrs envoyé au même endroit.

Mais regardez comme le polymère s’étend sur la surface. La raison vient encore des charges électriques du polymère.

Pendant le premier jet, le collecteur a une charge électrique opposé à celui du polymère, mais une fois qu’une partie du polymère s’est déposée sur le collecteur, cela signifie que pendant un court instant (le temps que le solvant finisse de s’évaporer), il y a des charges positives sur le collecteur. Comme le jet est lui aussi positif, une partie du collecteur et le jet se repoussent, créant ainsi une sorte d’instabilité à l’approche du collecteur. Le jet est alors projeté sur toute la surface, creant ainsi le filtre !

Je ne sais pas vous, mais moi c’est le genre de techniques qui m’impressionne.

D’ailleurs, en y regardant de plus près, parmi les filtres du quotidien, on trouve aussi des filtres dont les fibres sont enchevêtrés et non pas ordonnés : un masque à poussière ou un filtre à thé par exemple !

Note : Ils ne sont pas fabriqués par la technique d’électrospinning puisque c’est encore une technique essentiellement utilisée en recherche.

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1 Response

  1. technique astucieuse ! et montage du reportage parfait !

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