Université de Franche-Comté

Une mine… en surface

Laboratoires, Institut Pierre Vernier… la Franche-Comté, grande surface des traitements de surface

Il est presque possible d’affirmer que tout objet ou matériau passe par une étape de traitement qui améliore ses propriétés de surface. L’amélioration peut être de plusieurs ordres : protéger les objets et ralentir leur vieillissement (anticorrosion…), leur donner une valeur cosmétique (couleur, toucher…) ou encore leur donner une valeur d’usage. Cette dernière propriété, plus invisible, intervient parfois dans des traitements intermédiaires. Les capacités de glissement ou encore de résistance à l’usure d’un objet peuvent ainsi être améliorées par un revêtement adéquat. Elle est aussi à l’origine des développements les plus imaginatifs : produire des surfaces intelligentes, prêtes à réagir avec des éléments extérieurs.

 

Des projets science-fictionnesques occupent des chercheurs depuis plusieurs années. L’un d’eux consiste à rendre les objets invisibles en déposant un système de couches successives d’indice de réfraction négatif. La lumière ne serait donc plus réfléchie mais piégée. Dans le même ordre d’idée, l’industrie du luxe serait intéressée pour rendre l’or noir, à la demande de riches clients. D’autres réalisations ont déjà cours et relèvent davantage du concret, comme par exemple construire des capteurs de biomolécules ou d’atomes en greffant sur la surface d’un substrat des molécules qui vont réagir avec ce que l’on cherche à détecter. Ici, à la frontière des nanosciences et de la chimie, c’est bien une couche de quelques nanomètres qui vient fonctionnaliser une surface.

 

 

Trophée du master Formulation et traitements de surface de l'université de Franche-Comté

 

Trophée du master Formulation et traitements de surface de l’université de Franche-Comté

(prix de la créativité 2010, salon international des traitements de surfaces et revêtements).

Feuille en aluminium anodisé, décor en zinc avec une couche de conversion exempte de chrome VI

 

 

Technologies variées pour applications précises

Le traitement de surface n’est donc pas une science en soi, mais couvre un champ très vaste allant de la peinture dans l’industrie automobile aux surfaces fonctionnalisées des microtechniques. Logiquement, les compétences mobilisées et les technologies mises en œuvre se font le reflet de cette diversité. Deux grandes familles existent néanmoins : les technologies développées en voie dite « sèche » et celles en voie « humide ». La Franche-Comté, troisième région pour les traitements de surface, peut se targuer de maîtriser de nombreux procédés dans ces grandes directions, au niveau des laboratoires de recherche comme à l’IPV dans le champ du transfert.

 

 

Les laboratoires, ressources de savoir-faire

Le traitement par voie humide (chimique et électrochimique) est l’apanage des chimistes de l’équipe SRS — Sonochimie et réactivité des surfaces — d’UTINAM, qui se sont plus particulièrement spécialisés autour de plusieurs problématiques. L’une d’elles est la substitution de métaux toxiques, en essayant d’anticiper sur les trains réglementaires environnementaux. Les industriels auront très certainement besoin à l’avenir de nouvelles formulations pour limiter l’usage de certains composants, par exemple le nickel. Les chercheurs planchent donc sur ces nouvelles solutions.

 

Une autre piste de travail concerne les dépôts en liquide ionique. Certains métaux, comme l’aluminium, sont indéposables en phase aqueuse. Les chercheurs explorent donc une mise en solution du métal non plus dans un système aqueux, mais dans une solution ionique organique. Le métal est complexé à des molécules ; il peut ensuite, à l’aide d’un courant, être déposé à la surface d’un substrat métallique. Le même laboratoire cherche également à développer de nouveaux procédés de coloration des inox ou des alliages d’aluminium. L’équipe Matériaux et surfaces structurées d’UTINAM se spécialise, elle, sur l’étude des colloïdes en suspension et l’adsorption de molécules à leur sur- face. En ce sens, il est bien possible de parler de traitement de surface. Les molécules peuvent être des polymères ou des tensioactifs ; les colloïdes, de la silice, de l’alumine ou du dioxyde de titane. L’objectif est de comprendre les interactions entre les molécules, les colloïdes et le substrat pour, à terme, conférer des propriétés particulières à un mélange (retarder la prise du béton, par exemple) ou à une surface — et là, le mélange d’organique, de métallique et d’inorganique peut rendre la surface multifonctionnelle.

 

 

Détournement d’usage

La machine Technotrans, acquise à l’IPV en 2010, permet de réaliser de l’électrodéposition sur des wafers en production collective. Partant d’une technologie de dépôt de couches minces, l’IPV la détourne pour faire de l’électroformage de couches épaisses. Au sein de micromoules réalisés en résine grâce à la LIGA-UV et posés sur le wafer, la Technotrans permet la croissance de couches de métal. Après dissolution de la résine, on obtient des pièces métalliques qui atteignent la finesse des pièces réalisées par photolithographie. Quand les découpeurs des industries locales doivent répondre à des spécifications qui vont au-delà de leurs capacités comme des pièces à partie déformable, l’utilisation conjuguée de la LIGA-UV et de la Technotrans peut venir leur enlever une épine du pied, et à terme leur permettre d’accéder à de nouveaux marchés. Actuellement, l’IPV met en place et anime un réseau d’industriels susceptibles d’être intéressés par cette nouvelle méthodologie de microfabrication, et de plus en plus de candidats se déclarent. L’équipe MN2S de FEMTO-ST possède, elle, les équipements pour la pulvérisation cathodique en milieu réactif pour le dépôt de couches minces métalliques ou céramiques. Une technologie particulière GLAD — Glancing Angle Deposition — permet de structurer de façon très particulière les couches. Zigzags, bâtonnets ou spirales peuvent être sculptés à l’échelle de la dizaine de nanomètres. Des études sur la façon de produire ces films minces sont menées spécifiquement.

 

 

Machine Technotrans installée à l'Institut Pierre Vernier

 

Machine Technotrans installée à l’Institut Pierre Vernier

 

 

Un acteur incontournable, le LERMPS — Laboratoire d’études et de recherches sur les matériaux, les procédés et les surfaces — de l’université de technologie de Belfort – Montbéliard, possède les équipements pour la projection thermique et le dépôt physique en phase vapeur (PVD). Il peut étudier, sur ces deux technologies, les problèmes qui se posent aux industriels. Il développe également, en recherche fondamentale, de nouveaux procédés — on peut citer l’utilisation de faisceaux laser pour favoriser l’adhérence de dépôts réalisés par projection thermique — qui font l’objet de brevets.

 

Toutes les compétences et technologies présentes en Franche-Comté, et la présentation faite ici est loin d’être exhaustive, peuvent venir enrichir les capacités et le panel de produits des entreprises franc-comtoises. L’IPV tient dans ce dispositif le rôle d’accélérateur de transfert, en même temps qu’il acquiert des savoir-faire en propre, comme la maîtrise du logiciel PlatingMaster de simulation des procédés d’électrodéposition.

 

 

Contact : Service Communication

Institut Pierre Vernier

Tél. (0033/0) 3 81 40 57 08

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