On pourrait appeler cela une découverte choc. Enrober des matériaux en plastique ou en caoutchouc avec des antioxydants tels que la vitamine E empêche la charge statique de s’accumuler à la surface du polymère, rapportent aujourd’hui des chimistes. Cette découverte pourrait s’avérer une solution bon marché à des problèmes tels que la poussière qui s’accroche au plastique, les chocs électriques statiques ou les étincelles qui endommagent les circuits de télévision et grillent les cartes mères des ordinateurs.
Les enfants peuvent s’amuser avec l’électricité statique – lorsqu’ils frottent des ballons sur leurs cheveux, le caoutchouc et les cheveux collent ensemble en raison de l’attraction entre les particules chargées transférées. Mais la charge statique qui s’accumule sur les composants industriels, comme les filtres à carburant en plastique des voitures ou à l’intérieur des pièces de semi-conducteurs, peut entraîner des étincelles électriques potentiellement dangereuses et une accumulation de poussière.
L’énigme avec l’électricité statique, explique Bartosz Grzybowski, physico-chimiste à l’université Northwestern d’Evanston, dans l’Illinois, est que, bien que les particules chargées devraient se repousser lorsqu’elles atterrissent sur une surface isolante, ce qui les fait se répandre uniformément sur un matériau et fuir dans l’air, elles forment en fait des amas stables et de longue durée. Cela conduit à l’accumulation de grandes quantités de charges statiques étroitement confinées, suffisamment pour se décharger brusquement lorsqu’un chemin conducteur devient disponible : par exemple, en filant à travers un corps humain jusqu’à une balustrade métallique, ou en faisant des étincelles dans l’air comme un éclair miniature.
Traitement aux vitamines
L’équipe de Grzybowski rapporte dans Science qu’elle a résolu le mystère. Les chercheurs ont examiné au microscope les motifs de charge électrique et magnétique créés lorsque des particules chargées se posent sur des surfaces polymères. Ils ont découvert que les particules chargées sont stabilisées par des radicaux – des molécules réactives avec des électrons libres et non liés qui se forment lorsque des liaisons chimiques sont rompues sur une surface. Les radicaux partagent une partie du fardeau de la charge électrique ; sans eux, les particules chargées ne pourraient pas s’agglutiner aussi étroitement. La solution, selon l’équipe, consiste à appliquer des revêtements de surface qui réagissent chimiquement avec les radicaux et les absorbent. Ces revêtements pourraient inclure de la vitamine E, parmi d’autres antioxydants bon marché et non toxiques. Certains de ces produits chimiques sont en fait déjà ajoutés aux mélanges à partir desquels les polymères sont fabriqués, afin d’éliminer les radicaux formés lorsque les rayons ultraviolets endommagent le plastique – mais ils n’ont pas été utilisés comme revêtements antistatiques.
Les chercheurs ont prouvé ce qu’ils avançaient en utilisant des solutions d’éliminateurs de radicaux pour recouvrir des polymères courants, comme des billes de polystyrène. Bien sûr, après avoir été secouées pour acquérir une charge statique, les billes enduites ont perdu leur électricité statique en quelques minutes. Les scientifiques ont également utilisé leur revêtement antistatique pour protéger un composant de transistor, montrant qu’il n’était pas endommagé lorsque des particules chargées étaient projetées sur lui par un canon à ions. « C’est en fait assez incroyable que la réponse soit si simple », déclare Grzybowski.
D’autres chercheurs contactés par Nature ont trouvé ces travaux passionnants. La véritable avancée réside dans la compréhension des causes profondes de l’électricité statique, déclare Michael Dickey, qui effectue des recherches en nanoélectronique à l’université d’État de Caroline du Nord à Raleigh. « C’est très intelligent dans la simplicité de la résolution d’un vieux problème », ajoute-t-il.
Gérer les effets de l’électricité statique est « un très gros problème dans l’industrie », déclare Fred Roska, chercheur chez 3M à Saint Paul, dans le Minnesota. Il ajoute que le simple fait de trouver des moyens de fournir des particules chargées qui neutralisent la charge statique qui s’accumule sur les polymères pendant la fabrication des semi-conducteurs, par exemple, représente un marché d’un milliard de dollars. Les entreprises industrielles traitent également l’électricité statique en modifiant les matériaux qu’elles utilisent : soit en recouvrant les polymères d’un revêtement d’eau ou de gel à travers lequel la charge peut se dissiper, soit en insérant des bandes conductrices de métal ou de nanotube de carbone dans un mélange de polymères pour fournir un chemin permettant à la charge statique de s’estomper.
Mais ces solutions impliquent des compromis, dit Grzybowski, comme rendre un plastique plus conducteur, et ne traitent pas la cause sous-jacente de l’accumulation statique. Et il pense que les revêtements antioxydants s’avéreront une solution moins coûteuse. Il dit avoir breveté sa découverte et espère en concéder la licence à des entreprises telles que 3M et Dow.
Cet article est reproduit avec l’autorisation de la revue Nature. L’article a été publié pour la première fois le 19 septembre 2013.
Cet article est reproduit avec l’autorisation de la revue Nature.