Une technique appelée « fletching » à l’échelle nanométrique a permis de mettre au point un matériau répulsif dont la teneur en substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS), parfois appelées « produits chimiques à vie », a été considérablement réduite
Un nouveau matériau mis au point par des chercheurs de l’Université de Toronto pourrait offrir une alternative plus sûre aux produits chimiques antiadhésifs couramment utilisés dans les ustensiles de cuisine et d’autres applications. Cette nouvelle substance repousse l’eau et la graisse aussi bien que les revêtements antiadhésifs standard, mais elle contient des quantités beaucoup plus faibles de substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), une famille de produits chimiques qui suscitent des inquiétudes pour l’environnement et la santé.
« La communauté scientifique tente depuis longtemps de mettre au point des alternatives plus sûres aux PFAS », déclare le professeur Kevin Golovin (MIE), qui dirige le laboratoire DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials) de la faculté d’ingénierie de l’Université de Toronto.
« Le défi réside dans le fait qu’il est facile de créer une substance qui repousse l’eau, mais difficile d’en créer une qui repousse également l’huile et la graisse dans la même mesure. Les scientifiques avaient atteint une limite supérieure dans les performances de ces matériaux alternatifs. »
Depuis son invention à la fin des années 1930, le Téflon, également connu sous le nom de polytétrafluoroéthylène ou PTFE, est devenu célèbre pour sa capacité à repousser l’eau, l’huile et la graisse. Le Téflon fait partie d’une famille plus large de substances appelées substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS).
Les molécules PFAS sont constituées de chaînes d’atomes de carbone, chacun étant lié à plusieurs atomes de fluor. L’inertie des liaisons carbone-fluor est responsable des propriétés antiadhésives des PFAS.
Cependant, cette inertie chimique fait également que les PFAS résistent aux processus normaux qui décomposent les autres molécules organiques au fil du temps. C’est pourquoi on les appelle parfois « produits chimiques éternels ».
Outre leur persistance, les PFAS sont connus pour s’accumuler dans les tissus biologiques, et leurs concentrations peuvent s’amplifier à mesure qu’ils remontent la chaîne alimentaire.
Diverses études ont établi un lien entre l’exposition à des niveaux élevés de PFAS et certains types de cancer, des malformations congénitales et d’autres problèmes de santé, les PFAS à chaîne longue étant généralement considérés comme plus nocifs que ceux à chaîne courte.
Malgré les risques, l’absence d’alternatives signifie que les PFAS restent omniprésents dans les produits de consommation : ils sont largement utilisés non seulement dans les ustensiles de cuisine, mais aussi dans les tissus résistants à la pluie, les emballages alimentaires et même dans les produits de maquillage.
« Le matériau que nous avons utilisé comme alternative aux PFAS s’appelle le polydiméthylsiloxane ou PDMS », explique M. Golovin.
« Le PDMS est souvent vendu sous le nom de silicone et, selon sa formulation, il peut être très biocompatible. En fait, il est souvent utilisé dans des dispositifs destinés à être implantés dans le corps. Mais jusqu’à présent, nous n’arrivions pas à obtenir des performances aussi bonnes avec le PDMS qu’avec les PFAS. »
Pour surmonter ce problème, Samuel Au, doctorant au MIE, a mis au point une nouvelle technique chimique que l’équipe appelle « fletching à l’échelle nanométrique ». Cette technique est décrite dans un article publié dans Nature Communications.
« Contrairement au silicone classique, nous lions de courtes chaînes de PDMS à un matériau de base. On peut les comparer aux poils d’une brosse », ajoute M. Au.
« Pour améliorer leur capacité à repousser l’huile, nous avons ajouté la molécule PFAS la plus courte possible, composée d’un seul atome de carbone avec trois atomes de fluor. Nous avons pu en lier environ sept à l’extrémité de chaque poil de PDMS.
« Si vous pouviez vous réduire à l’échelle nanométrique, cela ressemblerait un peu aux plumes que l’on voit à l’arrière d’une flèche, là où elle s’enclenche dans l’arc. C’est ce qu’on appelle l’empennage, il s’agit donc d’un empennage à l’échelle nanométrique. »
Au et son équipe ont enduit un morceau de tissu avec leur nouveau matériau, puis y ont déposé des gouttes de différentes huiles pour voir dans quelle mesure il pouvait les repousser. Sur une échelle développée par l’Association américaine des chimistes et coloristes textiles, le nouveau revêtement a obtenu la note de 6, ce qui le place au même niveau que de nombreux revêtements standard à base de PFAS.
« Bien que nous ayons utilisé une molécule PFAS dans ce processus, il s’agit de la plus courte possible et elle n’est donc pas bioaccumulable », précise M. Golovin.
« D’après ce que nous avons pu lire dans la littérature, et même dans la réglementation, ce sont les PFAS à chaîne la plus longue qui sont interdits en premier, les plus courts étant considérés comme beaucoup moins nocifs. Notre matériau hybride offre les mêmes performances que celles obtenues avec les PFAS à longue chaîne, mais avec un risque considérablement réduit. »
M. Golovin précise que l’équipe est ouverte à toute collaboration avec des fabricants de revêtements antiadhésifs qui souhaiteraient développer et commercialiser ce procédé. En attendant, ils continueront à travailler sur d’autres alternatives.
« Le Saint Graal dans ce domaine serait une substance plus performante que le Téflon, mais sans aucun PFAS », explique M. Golovin. « Nous n’en sommes pas encore là, mais c’est un pas important dans la bonne direction. »
Article : « Nanoscale fletching of liquid-like polydimethylsiloxane with single perfluorocarbons enables sustainable oil-repellency » – DOI : 10.1038/s41467-025-62119-9
Source : U. Toronto
Fiche Synthèse
Vous cherchez des alternatives écologiques et sûres aux revêtements antiadhésifs traditionnels utilisés dans les ustensiles de cuisine, les textiles techniques ou l’emballage alimentaire ? Voici ce qu’il faut retenir de la dernière avancée en la matière, portée par l’équipe du professeur Kevin Golovin au sein du laboratoire DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials) de U of T Engineering.
Pourquoi remplacer les revêtements antiadhésifs classiques ?
- Problème : contamination persistante par les PFAS
- Les PFAS, également appelés « produits chimiques éternels », sont omniprésents dans les produits de consommation : poêles, tissus hydrophobes, emballages alimentaires, cosmétiques.
- Ces substances résistent à la dégradation naturelle, s’accumulent dans les organismes et sont associées à des risques sanitaires (cancers, malformations congénitales, etc.), tout particulièrement dans le cas des PFAS à longues chaînes.
- Question fréquente : comment obtenir un revêtement antiadhésif efficace sans danger pour la santé et l’environnement ?
Nouvelle solution : la technologie de « nanoscale fletching » avec le PDMS
Principaux atouts de l’innovation :
- Matériau employé : le polydiméthylsiloxane (PDMS)
- Connu sous le nom « silicone », largement utilisé en milieu médical pour sa biocompatibilité.
- Désormais optimisé grâce à la chimie de la « nanoscale fletching », qui dote le PDMS d’une capacité de répulsion de l’eau ET des graisses équivalente aux meilleurs revêtements PFAS traditionnels.
- Technique innovante :
- Des chaînes courtes de PDMS sont greffées à la surface, similaires à des brosses à l’échelle nanométrique.
- À l’extrémité, l’ajout d’un mini-segment PFAS (une chaîne carbone et trois fluorines) renforce la répulsion de l’huile, tout en restant dans les seuils réglementaires des substances considérées comme les moins nocives et non bioaccumulatives.
Résultats testés et validés
- Performance :
- Le nouveau revêtement atteint un niveau 6 (selon l’American Association of Textile Chemists and Colorists pour la répulsion des huiles), équivalent à certains revêtements industriels à base de PFAS.
- Sécurité renforcée :
- Utilisation uniquement du PFAS à chaîne la plus courte, largement reconnu comme moins risqué pour la santé*.
- Limite drastiquement le potentiel de bioaccumulation.
À qui s’adresse cette innovation ?
- Consommateurs et professionnels préoccupés par l’impact sanitaire et environnemental des PFAS et en quête de solutions antiadhésives plus sûres.
- Fabricants souhaitant proposer des produits « sans PFAS à longue chaîne », alignés avec les dernières réglementations et attentes sociétales.
Questions fréquentes auxquelles cette innovation répond
- Comment obtenir des poêles antiadhésives performantes sans exposition aux PFAS dangereux ?
- Quels matériaux repoussent à la fois l’eau et l’huile, sans risque de pollution durable ?
- Existe-t-il des alternatives efficaces au Téflon ou au PTFE pour le grand public ?
Enjeux et perspectives
- Le laboratoire DREAM de l’Université de Toronto collabore activement avec des industriels pour la mise à l’échelle et la commercialisation de cette technologie.
- Objectif à long terme : atteindre une performance supérieure au Téflon, sans aucun PFAS, pour une sécurité maximale.
Pour plus d’informations ou initier un partenariat, contactez l’équipe du professeur Kevin Golovin à l’Université de Toronto.
