Institut Charles Sadron News

Les mousses sont omniprésentes dans la vie moderne. Elles isolent nos maisons et nos réfrigérateurs, protègent les marchandises pendant le transport et réduisent le bruit ainsi que les vibrations. Aujourd’hui, la plupart de ces mousses sont fabriquées à partir de polyuréthane, un matériau très performant — mais qui repose sur l’utilisation d’isocyanates, des substances chimiques extrêmement toxiques, dangereuses pour les travailleurs et de plus en plus restreintes par les réglementations environnementales et sanitaires en Europe et ailleurs.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'équipe MIM de l’Institut Charles Sadron (CNRS, Université de Strasbourg) et leur partenaire industriel SOPREMA présentent une alternative prometteuse : une méthode pour produire des mousses polymères rigides sans isocyanates, en utilisant une chimie plus simple et potentiellement plus durable.

Une chimie différente pour fabriquer des mousses

Au lieu de la réaction classique du polyuréthane, l’équipe utilise une réaction appelée addition aza-Michael pour générer des mousses polymères rigides. Cette réaction, découverte il y a plus d’un siècle, permet à des molécules contenant des groupes fonctionnels amine et acrylate de se lier entre elles dans des conditions douces, sans solvants, sans catalyseurs et sans sous-produits toxiques. Elle atteint ainsi une économie d’atomes de 100 % et satisfait plusieurs principes de la chimie verte.

Cependant, fabriquer une bonne mousse ne consiste pas seulement à choisir la bonne chimie. Le moussage est un exercice d’équilibre délicat : le matériau doit libérer suffisamment de chaleur pour vaporiser un agent gonflant (qui crée les bulles de la mousse), tout en se solidifiant à la bonne vitesse pour piéger ces bulles avant que la mousse ne s’effondre. Atteindre cet équilibre sans isocyanates a jusqu’à présent représenté un défi majeur.

Contrôler la croissance de la mousse par une « ingénierie stœchiométrique »

Au-delà de l’utilisation de la chimie aza-Michael, l’innovation principale de ce travail réside dans la manière dont la réaction est soigneusement mise en scène et ajustée. Les chercheurs introduisent une étape intermédiaire avant le moussage, durant laquelle les composants chimiques sont volontairement mélangés dans un rapport non stœchiométrique. Cela produit des molécules intermédiaires qui agissent comme des modérateurs de réaction intégrés.

En ajustant ce rapport — une stratégie que les auteurs appellent l’ingénierie stœchiométrique — l’équipe peut contrôler très finement la vitesse de la réaction finale ainsi que la quantité de chaleur libérée, sans modifier la formulation globale. Ce niveau de contrôle permet d’ajuster la montée de la mousse, sa densité et sa structure interne simplement en modifiant la chimie en amont.

Grâce à cette approche, les chercheurs ont produit des mousses rigides, majoritairement à cellules ouvertes, présentant de faibles densités (jusqu’à environ 70 kg/m³), une bonne résistance mécanique et des performances d’isolation thermique prometteuses. Certaines mousses ont retrouvé jusqu’à 95 % de leur forme après avoir été comprimées de 80 %, révélant une combinaison inhabituelle de rigidité et de résilience.

Pourquoi c’est important

Ce travail montre que des mousses hautement performantes n’ont pas nécessairement besoin de reposer sur des isocyanates. En démontrant que la structure et les propriétés des mousses peuvent être contrôlées par la conception de la réaction plutôt que par des formulations complexes, cette étude ouvre une nouvelle voie vers des matériaux d’isolation plus sûrs.

Bien que les performances d’isolation thermique n’atteignent pas encore celles des meilleures mousses polyuréthanes commerciales, les auteurs soulignent que ce système n’en est encore qu’à un stade précoce. Avec des optimisations supplémentaires — par exemple en améliorant la stabilisation des bulles ou en créant des structures à cellules fermées — les mousses issues de la chimie aza-Michael pourraient devenir des alternatives réalistes pour des applications industrielles.

À une époque où les réglementations se durcissent et où les industries recherchent activement des alternatives plus sûres, cette recherche illustre comment la chimie fondamentale et l’ingénierie des procédés peuvent se combiner pour repenser des matériaux du quotidien depuis leurs bases mêmes.

Pour plus d'information: les CNRS News et l'article associé