- Les ingénieurs du MIT espèrent réduire la montagne croissante de déchets textiles dans le monde grâce à leur nouveau fil élastique recyclable.
- Fabriqué à partir de polyéthylène, une forme de plastique couramment utilisée pour les bouteilles de lait et les sacs d’épicerie, ce fil possède la résistance et la flexibilité du spandex, mais il peut être facilement fondu et refilé à plusieurs reprises.
- Ils imaginent que ce nouveau fil pourrait constituer une alternative aux fils élastiques en spandex-polyester ou en spandex-nylon, qui sont filés à partir d’une combinaison de fibres impossibles à recycler ensemble.
Après avoir vidé son placard, quelles sont les options pour recycler nos vieux vêtements ? Pas beaucoup. Hormis apporter les vêtements usagés à un centre de dons, il n’existe pas de processus de recyclage des textiles comme il en existe pour les bouteilles et les canettes. En moyenne, un Américain jette environ 81 livres de vêtements chaque année. Cela représente plus de 11 millions de tonnes de textiles qui finissent à la décharge ou à l’incinérateur.
Mais les ingénieurs du MIT espèrent réduire la montagne croissante de déchets textiles grâce à un nouveau fil recyclable.
L’équipe a conçu un fil à partir d’une forme de plastique couramment utilisée pour les bouteilles de lait et les sacs d’épicerie. Ce nouveau fil, dont le toucher est proche de celui du fil à coudre traditionnel, peut être tissé en vêtements légers et extensibles. Les chercheurs affirment qu’en fin de vie, un vêtement filé avec ce fil pourrait être fondu puis retransformé en un nouveau fil, avant d’être tissé pour créer de nouveaux vêtements, ou même moulé en boutons, boucles de ceinture et autres accessoires en plastique.
Pour démontrer la recyclabilité du fil, les chercheurs ont filé une bobine, fait fondre le fil, puis l’ont retransformé en un nouveau fil, à plusieurs reprises. Ils ont constaté qu’après 10 cycles, le fil était aussi résistant et flexible qu’un fil conventionnel.
Ils imaginent que ce nouveau fil pourrait constituer une alternative aux fils élastiques en spandex-polyester ou en spandex-nylon, qui sont filés à partir d’une combinaison de fibres impossibles à recycler ensemble. Le nouveau fil de l’équipe, en revanche, est fabriqué à partir d’une combinaison spécifique de matières plastiques qui imite les propriétés résistantes et extensibles des fils de spandex, tout en étant facilement recyclable.
« 80 % des textiles présents sur le marché américain contiennent actuellement une certaine quantité de spandex, ce qui les rend non recyclables », explique Svetlana Boriskina, chercheuse au département de génie mécanique du MIT. « Il n’existe aujourd’hui aucune technologie largement adoptée qui recycle des textiles en textiles. Avec notre nouveau fil, nous espérons changer cela. »
Boriskina et ses collègues ont publié les détails du nouveau fil dans une étude publiée dans la revue ACS Materials Letters. Parmi les co-auteurs du MIT figurent le premier auteur SeongHyeon Kim, Duo Xu, Volodymyr Korolovych, Domingo Flores-Hernandez, Kaniz Moriam et Daniel Braconnier.
Le cœur du problème
Le spandex est une fibre synthétique à base de polyuréthane, élastique mais peu résistante. Un fil élastique est composé de deux parties : une âme à base de spandex entourée d’une gaine en polyester ou en nylon résistant. La combinaison de ces matériaux confère aux fils élastiques leur extensibilité et leur résistance uniques.
Mais ce même mélange de matériaux rend les fils élastiques presque impossibles à recycler. Les fils devraient d’abord être traités chimiquement pour séparer la gaine de polyester de l’âme en spandex. La gaine à base de polyester pourrait ensuite être fondue et réutilisée. Mais il n’existe aucun moyen de recycler le fil dans son ensemble sans séparation chimique.
« Même si les technologies de séparation chimique existent, elles ajoutent des coûts et une complexité supplémentaires, et nécessitent généralement des produits chimiques toxiques nocifs pour l’environnement », explique Boriskina. « C’est pourquoi la plupart des vêtements extensibles finissent à la décharge. »
En 2021, le groupe de Boriskina a développé un nouveau type de fil en polyéthylène. Le polyéthylène est le type de plastique le plus courant au monde ; il sert à fabriquer des sacs d’épicerie, des bouteilles d’eau, des poubelles, des jouets, des tuyaux industriels et des bâches en plastique. Le polyéthylène est un thermoplastique, c’est-à-dire qu’il peut être fondu puis refaçonné, et donc recyclé.
Et pourtant, le polyéthylène n’avait jamais vraiment été envisagé comme textile. Dans leurs travaux précédents, Boriskina et ses collègues ont montré qu’ils pouvaient filer du polyéthylène, puis le tisser en divers vêtements. Dans ces expériences, ils se sont concentrés sur les propriétés du fil en matière d’évacuation de l’humidité, de résistance aux taches et de refroidissement.
Le fil spaghetti
Dans leur nouvelle étude, le groupe a cherché à adapter le fil de polyéthylène pour imiter la résistance et la flexibilité du spandex ; ils ont également cherché à démontrer la recyclabilité du fil.
Ils ont d’abord recherché des formulations de copolymères extensibles à base de polyéthylène ressemblant à une âme élastique en spandex. Parallèlement, ils ont conçu des fils de polyéthylène pouvant servir de gaine plus résistante. En parcourant la littérature scientifique et les rapports industriels, l’équipe a évalué de nombreuses variations chimiques du polyéthylène.
« La structure chimique du polyéthylène ressemble à une guirlande de Noël : un squelette de carbone, carbone, carbone, et aussi ces « décorations » suspendues, atomes d’hydrogène ou branches courtes ayant la même structure que le squelette », explique Boriskina. « La façon dont ces chaînes sont disposées peut changer les propriétés de l’ensemble de la structure. »
« Le polyéthylène peut offrir une large gamme de propriétés selon la façon dont on le fabrique », ajoute le premier auteur SeongHyeon Kim.
Pour l’âme du fil, l’équipe a utilisé une résine à base de polyéthylène qui produit une fibre plus extensible. Ils ont choisi une seconde résine, plus rigide, comme base de la gaine. Les chercheurs ont obtenu des granulés de chaque résine auprès d’un fabricant de produits chimiques, puis ont soumis chaque type de granulé à un processus de fabrication de fibres : ils les ont d’abord versés dans une trémie, puis chauffés à environ 350 degrés Fahrenheit, au-delà de leur température de fusion. Le polyéthylène fondu a ensuite été passé dans de petites extrudeuses pour former des fibres aussi fines qu’un cheveu.
« Il suffit de le faire fondre dans un baril équipé d’un chauffage, puis de l’extruder et de le filer en fibres », explique Kim. « C’est comme une machine à spaghetti. »
L’équipe a utilisé une machine à filer industrielle pour enrouler les fibres de gaine autour d’une fibre d’âme afin d’obtenir le fil élastique final.
Comme l’âme et la gaine du fil proviennent de la même famille chimique du polyéthylène, Boriskina explique que les matériaux n’ont pas besoin d’être séparés avant le recyclage, contrairement aux fils élastiques à base de spandex. Le nouveau fil peut être fondu tel quel, puis reformé en nouveau fil ou en d’autres produits plastiques.
« Comme ils ont exactement la même chimie, ils s’entendent très bien », dit-elle. « C’est ce qui rend ce fil très recyclable. »
Pour la démonstration, l’équipe a tordu un fil élastique à âme et gaine, puis l’a fondu et refilé 10 fois. À chaque fois, ils ont testé les propriétés mécaniques du fil en étirant précisément un brin et en mesurant la force de traction à laquelle le brin finissait par casser. Ces tests ont montré que les versions recyclées du fil étaient tout aussi résistantes que le fil de gaine d’origine. Ces fils recyclés peuvent désormais être utilisés pour fabriquer de nouveaux fils extensibles en les tordant autour d’une nouvelle âme élastique.
« Nous avons maintenant quelque chose qui peut être tricoté et tissé », explique Boriskina. « C’est l’étape suivante. »
L’équipe affirme que sa nouvelle recette de fil de polyéthylène peut être étendue à des bobines de taille industrielle. Comme pour les fibres de spandex classiques, il faudrait des kilomètres de fil pour tisser un seul textile. Mais une fois tissé et utilisé, le groupe imagine qu’un vêtement en polyéthylène pourrait être déposé dans un bac de recyclage et envoyé dans une installation pour y être fondu et refilé, contribuant ainsi à une économie de la mode et du textile plus durable et circulaire.
« J’espère que cela évitera de devoir fabriquer sans cesse de nouveaux matériaux textiles, car vous pouvez continuer à recycler une grande partie de ceux-ci », conclut Boriskina.
Article : Polyethylene-Based Thermo-Mechanically Recyclable Stretchable Yarns for Circular Sustainable Textiles – Journal : ACS Materials Letters – DOI : Lien vers l’étude
Écrit par Jennifer Chu, MIT News
