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Textiles communicants, lumineux... : les textiles deviennent intelligents !

Les textiles communicants n’existent le plus souvent qu’à l’état de prototypes. Des recherches portent sur les textiles communicants avec une technologie appliquée - câblerie, broderie... - et sur ceux ayant une technologie intégrée, dans le tissage par exemple.

On pense au clavier numérique d’un téléphone, d’un lecteur MP3 brodé sur une partie d’un vêtement, une manche de veste. Les nombreux produits comme le clavier numérique nécessitent une câblerie encombrante. Afin d’obtenir un circuit flexible et beaucoup plus confortable, une solution serait d’imprimer le circuit électronique directement sur un textile. Des chercheurs ont même découvert une façon de fabriquer un transistor en fibre textile, ce qui ouvre la possibilité de littéralement tisser les composants électroniques. Reste la question du lavage de ces futurs produits...

Un autre prototype prometteur est l’écran souple en fibres optiques tissées. Les laboratoires de recherche de France Télécom ont présenté des vêtements capables d'afficher à volonté des messages. La technologie d'affichage est basée sur l'association de tissus comprenant des fibres optiques et d'un système électronique de contrôle qui commande un éclairage à base de diodes lumineuses. Des motifs - pictogramme ou texte - sont créés sur un site internet dédié et envoyés via une technologie sans fil - wifi, bluetooth - vers un vêtement ou un sac à dos. Les professionnels de la sécurité mais aussi le grand public sont concernés par cette nouvelle interface de communication.

Les textiles communicants peuvent être aussi des émetteurs d’une série de données, de paramètres que leur dispositif enregistre.Des textiles dits "monitoring" permettent de surveiller, d’enregistrer et de transmettre les paramètres vitaux. Un laboratoire belge travaille sur des vêtements pour enfants de surveillance de l’asthme ainsi que sur un tee-shirt pour insomniaque dont les capteurs enregistrent les variations de fréquence cardiaque et respiratoire. Des firmes américaines ont lancé pour les sportifs des survêtements truffés de capteurs pour transmettre à distance aux médecins des paramètres chiffrés et prévenir l’accident cardiaque.

Autre catégorie, les textiles lumineux, textiles capables d’émettre de la lumière à des fins de design ou médicales. L’objectif des recherches autour de ces textiles est d’incruster dans des fibres textiles des fonctions d’éclairage de type LED, des capteurs et des dispositifs de contrôle électronique pour créer des tissus intelligents* utilisables sur des objets quotidiens : couverture de bébé, housses de meubles... L’idée est de permettre à la lumière d’utiliser des supports très flexibles, ce qui était jusque là impossible. Outre une grande évolution dans l’industrie de la mode, ces recherches permettraient de créer des opportunités uniques dans le domaine du bien-être et de la santé : par exemple, la thérapie dite "photodynamique" utilise des textiles médicaux émettant de la lumière pour traiter certains cancers.

Dans de nombreux prototypes, les textiles communicants associent des fibres à d’autres éléments comme des capteurs, des batteries, des diodes lumineuses... Mais, le véritable défi technologique de demain sera d’utiliser la fibre seule comme vecteur d’information et d’énergie, et de donner aux fibres des propriétés qu'elles n'ont pas en ajoutant des nanocomposants dans les fibres...

Nanotextiles : améliorer les performances des textiles grâce aux nanotechnologies

Intégrées dans les textiles, les nanotechnologies (technologies de l’infiniment petit) transforment ces derniers en nanotextiles et améliorent nettement leurs qualités et leurs fonctionnalités. Pour les réaliser, les entreprises créent des nanofibres ou utilisent des nanomatériaux préfabriqués qu’ils incorporent directement dans les textiles. Les deux principales étapes d’innovation se situent au moment de la production de ces nanofibres et lors de l’ennoblissement* des textiles.

La fabrication des textiles commence par l'utilisation ou la création de fibres qui sont transformées en filaments. Cette étape, appelée filage*, consiste à faire passer, au travers d’une filière*, des fibres en solution ou à l’état fondu, pour obtenir des filaments. Lors de ce processus, il est possible de provoquer des réactions chimiques, d'ajouter des nanoparticules* selon les filaments utilisés et d'apporter certaines améliorations.

Lors de l'ennoblissement* (avant-dernière étape de la fabrication), les textiles peuvent  être à nouveau customisés par d'autres opérations chimiques, thermiques ou mécaniques afin d’améliorer les qualités du produit obtenu.

Il s'agit d’apport de nanoparticules métalliques lors de la teinture pour renforcer la tenue au vieillissement photochimique; diminuer les quantités de colorants utilisées et leurs impacts sur l’environnement. Les nanoparticules* sont obtenues par réduction aqueuse d’un sel chloré d’or ou d’argent avec de l’acide tannique.

Cependant, les nanoparticules en suspension ont tendance à s’agglomérer, ce qui nuit à l’homogénéité du textile. Il est alors nécessaire d'utiliser un système à ultrasons placé au niveau d’une buse de spray pour les désunir.

Une autre technique consiste à accrocher des nanoparticules aux fibres, soit en modifiant la surface du nano-objet pour qu’il s’accroche aux fibres, soit en greffant un polymère sur le nano-objet et en le noyant dans une résine de finition. De plus en plus retenue, cette stratégie permet d’éviter les risques de contact avec la peau.

Enfin, le solgel* prend un nouvel essor dans le textile. Il consiste en un dépôt, en phase aqueuse ou hydro-alcoolique, d’une fine couche d’oxydes optiquement transparente. Son nom fait référence à l’apparente gélification observée au cours de la réaction. Non seulement, ce traitement, basé sur la chimie du silicium, possède une très bonne tenue en température, mais également il favorise des températures de séchage plus basses et l'absence de rejet de composés organiques volatils (COV). Il permet d’obtenir des revêtements multifonctionnels et leur donne un aspect "design".

Fibres polylactiques : des fibres synthétiques fabriquées sans pétrole

Un des défis de l’industrie textile de demain sera de produire des fibres synthétiques à partir d’autres matières premières que le pétrole. Les fibres synthétiques - qui représentent plus de 60% du marché mondial - sont tributaires des prix du pétrole. Et les réserves de cette source d’énergie fossile s’épuisent. Alors, quelles autres matières premières pourrait-on utiliser ? La réponse est à chercher du côté des champs de maïs. Un géant céréalier américain a commencé depuis quelques années à produire un polymère à base d’amidon de maïs utilisé pour l’emballage, mais aussi comme une nouvelle fibre textile. Ce polymère à base d’amidon de maïs est parfaitement biodégradable, issu d'une matière première renouvelable et sans incidence sur les gaz à effet de serre.

Le procédé repose sur une décomposition des amidons du maïs en sucres végétaux naturels. Le carbone et d'autres éléments contenus dans ces sucres subissent un processus de fermentation, de distillation et de polymérisation qui aboutissent à un polymère à base d’acide polylactique, le PLA.

Connu depuis plus d’une vingtaine d’années, le PLA avait surtout été utilisé pour des produits médicaux à haute valeur ajoutée comme des points de suture, des compresses ou des implants en raison de ces vertus biocompatibles et biodégradables. Désormais, les coûts de production ont aujourd’hui suffisamment baissé pour passer à d’autres usages : le PLA peut être utilisé pour faire des emballages biodégradables ou bien comme fibre textile.

Appartenant à la famille des synthétiques mais d'origine naturelle, cette fibre textile présente de nombreux avantages. Toucher proche du coton, bonne ténacité, bonne capacité d'absorption et d'évacuation de l'humidité, haute résilience, faible inflammabilité. Quelques problèmes restent à régler comme la faible résistance de la fibre aux hautes températures, obstacle à certains traitements comme la teinture.

Un avantage du processus de fabrication du PLA est qu’il est reproductible avec tous les végétaux qui fermentent. Une fibre peut être obtenue à base de betterave par exemple. C’est d’ailleurs l’objet des recherches d’une équipe d'élèves ingénieurs de l'Ecole nationale de chimie de Lille. Les résultats obtenus sont plutôt prometteurs...

Microencapsulation : intégrer des substances actives dans les textiles

Le secret des nouveaux « textiles intelligents* » repose sur des microcapsules placées dans l’ensemble du matériau synthétique. Ces dernières contiennent des produits chimiques, capables de réagir à la température, à la lumière ou au frottement. Chaque microcapsule renferme un agent actif qu’elle libère à la suite d’une stimulation mécanique, thermique ou chimique, qu’il soit amincissant, odorant, hydratant…

Le procédé de fabrication consiste à mettre la substance active sous la forme de gouttelettes que l'on obtient par agitation du produit actif dans un liquide non miscible (ex : huile dans l'eau). Dans ce bain d'émulsion*, la paroi des gouttelettes est soit solidifiée par gélification à la chaleur, par coagulation au froid ou par acidification, soit enrobée d'une membrane obtenue par la polymérisation* d'un réactif.

Cette technologie est aujourd’hui souvent remise en cause, en raison de son coût relativement élevé, et de la nécessité d’utiliser de grandes quantités de solvants ou d’agents réticulents* plus ou moins toxiques. Dans un souci de développement durable, les recherches s’orientent désormais vers l’utilisation de solvants aqueux ou de fluides supercritiques* et de polymères naturels.

Comment sont fixées ces microcapsules ?

Une fois leur résistance mécanique et/ou thermique suffisante, elles peuvent être : 
-   incorporées dans des fibres textiles creuses ou poreuses lors du filage ou bien
-   fixées au support textile par foulardage (immersion), impression, enduction, pulvérisation.

Pour assurer l'adhérence des microcapsules au support textile, un liant constitué de fibres naturelles, artificielles ou synthétiques est ajouté (liant acrylique, polyuréthane, silicone ou amidon). Les polymères utilisés concernent des résines de synthèse, des polymères de synthèse, et de plus en plus, des polymères biodégradables ou bio-assimilables.

Domaines d'applications en microencapsulation - creathes.com

Microencapsulation, Réf J2210 dans Techniques de l'Ingénieur / Jean-Pierre BENOÎT, Joël RICHARD, 10 mars 2000

Les tissus intelligent* tissent leur trame dans la vie quotidienne / innov24.12-octobre-2012 - lefilpresse.wordpress.com

Composites textiles : assembler des textiles à d'autres matériaux

Un matériau composite* résulte d’un assemblage d’au moins deux corps miscibles de structures différentes, et dont les qualités se complètent afin d’obtenir des performances supérieures à celles de ses composants initiaux. Le frottement entre les composants du matériau en favorise la grande souplesse, consolide sa résistance mécanique et renforce sa capacité à être mis en forme ; d’où une utilisation non seulement en habillement, mais également comme renfort de matériaux composites, en génie civil, dans l’industrie, dans le secteur médical.

Ces composites textiles sont principalement constitués d’un renfort fibreux et d’une matrice visco-élastique.

Le renfort, de nature filamenteuse (fibre minérale, organique ou végétale) constitue
l’armature. Il assure la tenue mécanique, c'est-à-dire la rigidité et la résistance à la traction.
La matrice est un polymère ou une résine organique, liquide ou solide. Son rôle consiste à transférer les sollicitations mécaniques aux fibres et à les protéger de l’environnement extérieur. Elle doit être assez déformable et présenter une bonne compatibilité avec les fibres. Lors de la rupture d’un filament, elle redistribue les charges sur les fibres saines. Elle lie les fibres de renfort, répartit les efforts (résistance à la flexion ou à la compression), assure la protection chimique du matériau et sa bonne tenue aux agressions naturelles (rayons ultraviolets, hygrométrie,…). Elle donne la forme du produit.

D’autres éléments peuvent être intégrés sur les fibres. Ainsi, en sortie de filière*, les fibres destinées à la fabrication des composites reçoivent un traitement de surface (appelé ensimage* textile ou interface) qui joue un rôle prépondérant sur l’adhésion fibres/matrice. Il agit contre l’abrasion due au frottement des fibres lors de l’étirage, et contre la corrosion provoquée par l’eau lors de l’usage du matériau.

Par ailleurs, pour obtenir le composite textile attendu, d’autres éléments peuvent être inclus dans la résine. Des charges (quelques dizaines de %), sous forme de particules de poudres ou de liquides, apportent soit des propriétés particulières (ignifugeantes, conductrices, antistatiques) ou complémentaires, soit permettent d’en réduire le prix de revient ;
Des additifs spécifiques (quelques unités de %), tels que : catalyseurs, accélérateurs de polymérisation, pigments ou colorants, agents de démoulage ou lubrifiants, stabilisants...