Des chercheurs allemands ont réussi à mettre au point de nouveaux joints durables, exempts de substances nocives pour l’environnement telles que les PFAS, et adaptés aux lubrifiants à base d’eau.*
Des hélices de navires aux éoliennes et aux moissonneuses, les joints sont essentiels pour garantir le bon fonctionnement de tout système technique comportant des pièces mobiles. Afin d’augmenter leur durabilité, ils sont principalement fabriqués à partir de plastiques contenant des PFAS et entretenus avec des lubrifiants à base de pétrole. Cela vaut pour les nombreux endroits où ils sont utilisés, des centrales électriques aux véhicules à moteur. Les défauts et les dommages causés par ces joints ont donc non seulement un impact économique, mais peuvent également avoir des conséquences environnementales importantes, car les lubrifiants et les produits chimiques se retrouvent dans l’environnement.
« Connues sous le nom de « produits chimiques éternels », les substances per- et polyfluoroalkylées, ou PFAS en abrégé, s’accumulent dans l’environnement, ne peuvent être décomposées et présentent également des risques pour la santé. L’interdiction prochaine dans l’UE met l’industrie dans une situation encore plus difficile. En outre, environ un million de tonnes de lubrifiants à base de pétrole sont utilisés chaque année rien qu’en Allemagne. Un seul litre peut contaminer jusqu’à un million de litres d’eau souterraine. Il en résulte des sols huileux, des aliments contaminés et des écosystèmes détruits. Nous avons cherché une solution qui réponde à tous ces défis », indique Matthias Trenn, responsable de l’équipe Surface Structuring à l’Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT.
Des joints innovants qui préservent l’environnement
Le projet a été un succès total : grâce au financement de la Fraunhofer-Zukunftsstiftung (Fondation Fraunhofer pour l’avenir), les chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT et de l’Institut Fraunhofer pour la mécanique des matériaux IWM se sont associés dans le cadre du projet pureWaterSeal afin de développer des joints d’étanchéité innovants qui sont non seulement exempts de PFAS, mais également adaptés aux lubrifiants à base d’eau.
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Pour ce faire, les experts du Fraunhofer IWM, dirigés par Manuel Mee, responsable de l’équipe Tribological Coatings, ont mis au point des revêtements en carbone adamantin (DLC) conçus pour les composants plastiques sans PFAS. En combinaison avec la structuration laser du Fraunhofer ILT, les chercheurs réduisent délibérément la tension interne et la charge mécanique, non pas de manière uniforme, mais localement, à des points individuels. Cela permet de maintenir l’intégrité structurelle du revêtement tout en optimisant ses propriétés fonctionnelles, telles que la résistance à l’usure et la réduction du frottement. Les joints ont ainsi une durée de vie nettement plus longue. La combinaison du revêtement et de la microstructuration permet également d’utiliser des lubrifiants à base d’eau, ce qui n’était pas possible auparavant.
« Le développement des joints est une étape importante dans la promotion de méthodes de production respectueuses de l’environnement, car les PFAS pénètrent dans l’environnement principalement lors de la fabrication et moins lors de l’application. Nous protégeons les ressources et les écosystèmes en utilisant exclusivement des substances non nocives. En même temps, nos joints sont parfaitement adaptés aux défis fonctionnels les plus sophistiqués », précise Christof Koplin, responsable de l’équipe Polymer Tribology and Biomedical Materials au Fraunhofer IWM.
Ensemble pour une mise en œuvre rapide
Les spécialistes de Fraunhofer travaillent en étroite collaboration avec des entreprises partenaires spécialisées dans différentes applications afin de garantir que leur solution soit mise en œuvre rapidement, avec succès et à grande échelle dans la pratique industrielle. Les premiers prototypes sont déjà utilisés dans des pompes de centrales géothermiques. L’objectif est désormais de transférer le processus à des installations et des systèmes plus grands et de passer à la production en série. Parallèlement, les chercheurs optimisent en permanence leurs joints en fonction des différents domaines d’application et des besoins des clients. Des projets de création d’une spin-off chargée de commercialiser ces développements sont déjà en cours.
* Ils présenteront leur solution sur le stand commun de Fraunhofer (stand 431, hall A3) au salon Laser World of Photonics 2025, du 24 au 27 juin.
