Quand on entend parler du basalte, la première pensée qui vient à l’esprit est bien loin des produits médicaux. Pourtant, cette roche fondue peut être transformée en fibres ayant la capacité de se substituer aux fibres de verre ou de carbone dans de nombreuses applications. Ses propriétés sont tout à fait dignes d’intérêt.
Un matériau pratiquement oublié doté d’un réel potentiel pour le génie biomédical : voilà ce que sont les fibres de basalte, tout du moins dans l’esprit d’Oliver Kipf, directeur de CG Tec Carbon- und Glasfaser GmbH, société basée à Spalt en Moyenne-Franconie, et de son directeur du développement, Patrick Linsenbühler. « Ce matériau est encore actuellement largement méconnu, explique M. Kipf, mais ses propriétés sont remarquables. » Les fibres de basalte résistent à la corrosion, aux produits chimiques et aux températures extrêmes. Elles font preuve tout à la fois d’une grande flexibilité et d’une bonne résistance mécanique. Elles offrent notamment un coefficient d’élasticité augmenté de 40 % pour seulement 8 % de poids de plus que les plastiques renforcés en fibre de verre.
Fabriquées à partir de roche fondue, ces fibres de basalte se composent de matériaux anorganiques. C’est dans les années 1920 que la technologie employée a été développée à l’échelle industrielle pour la première fois, principalement comme matériau d’isolation contre les hautes températures. Ayant trouvé leurs premières utilisations dans les domaines de l’aérospatial et de l’énergie dans les années 60 et 70, les fibres de basalte ont été progressivement évincées par les fibres de verre.
Pourtant, les fibres de basalte sont intéressantes pour les applications modernes, notamment dans le génie biomédical, si l’on en croit Messieurs Kipf et Linsenbühler. Elles seraient justement prédestinées à être utilisées dans un fixateur externe. Les industriels de Spalt ont déjà développé un fixateur destiné à stabiliser les fractures osseuses à partir de matériau renforcé en fibres de carbone, qui se fixe sur l’os par voie percutanée, c’est-à-dire par l’extérieur, à travers la peau, à l’aide de vis de Schanz. Des mâchoires relient les pièces fixées aux os par l’intermédiaire d’une tige métallique placée à l’extérieur du corps.
D’après M. Kipf, il serait parfaitement possible d’élaborer une solution correspondante à partir de fibres de basalte. « Par rapport aux fibres de carbone, elles sont plus faciles à travailler et offrent un rapport qualité-prix attractif. » En outre, comme les fibres de basalte sont issues d’un matériau naturel sans additif chimique, elles sont recyclables. Pour l’heure, les tiges en fibres de basalte en sont encore au stade du développement, mais CG Tec prévoit de les commercialiser très prochainement en collaboration avec son partenaire, Createc GmbH & Co. KG, société basée à Friedrichshafen.
Ce matériau prometteur intéresse également d’autres entreprises et instituts en Allemagne. Ainsi, au début de l’année 2013, le groupement d’entreprises « Neue Werkstoffe » (Nouveaux matériaux) associé à un autre groupement, Carbon Composites e.V., a organisé une rencontre dédiée aux technologies issues des fibres de basalte, qui a rassemblé plus de 70 participants. Dans l’espace occupé par CG Tec, ils ont obtenu un aperçu détaillé de la fabrication des fibres, de leur traitement et de leur application.
Avant de se transformer en fibres, le matériau rocheux fondu est étiré en fils fins. Alors que le marché était prédominé de longue date par des fournisseurs d’Europe de l’Est et du Moyen-Orient, des fabricants européens se sont imposés depuis le début de ce siècle, avec parmi eux la société Deutsche Basalt Faser GmbH de Sangerhausen. Actuellement, la capacité totale annuelle de fabrication de fibres de basalte est d’environ 18 000 tonnes au niveau mondial. Les fibres sont avant tout utilisées comme garniture de friction ou adjuvants de béton.
La fluctuation de la qualité du basalte, par exemple en raison des variations dans la composition de la roche utilisée, reste toutefois d’actualité. Même la fenêtre étroite de traitement, seulement 5 K pour une température de filage d’environ 1450 °C, n’est pas dénuée d’influence. « Pour faire évoluer l’industrialisation de la technologie du basalte, il faut encore parvenir à concilier la recherche fondamentale et le développement d’applications, ce à quoi contribuent largement les réseaux Combafi et Texsalt », affirmait Mirko Jakob d’Inntex e.V. lors de la rencontre des groupements d’entreprises.
À travers le réseau Combafi, les partenaires participants veulent combler la brèche avec les matériaux renforcés en fibre de verre et en fibre de carbone. Ils se concentrent principalement sur le potentiel des fibres de basalte dans les applications thermoplastiques. Le réseau Texsalt regroupe, d’après ses propres déclarations, « des entreprises visionnaires et des instituts de recherche qui ont su reconnaître le potentiel des fibres de basalte et souhaiteraient les exploiter au niveau économique » et qui étudient leurs chances. La sélection des matériaux, les moyens d’approvisionnement, l’état de la technologie dans les titres de propriété industrielle et la préparation des normes de contrôle font partie des objectifs fixés par les partenaires du réseau.
M. Jakob considère que le projet Ho-Ro-Ba-Ku (Hochleistungsrohr aus basaltfaserverstärktem Kunststoff ou tube à grande capacité en composite renforcé en fibres de basalte) est un excellent exemple du travail réalisé par les réseaux. Il a permis de développer un arbre d’entraînement résistant à la température et à la torsion pour les tâches d’acheminement. Le personnel compétent œuvre main dans la main tout au long de la chaîne de processus, de la fabrication des fibres jusqu’à la technologie d’acheminement, en passant par la technologie du non-tissé et la fabrication de textile pré-imprégné. Le but recherché est d’obtenir une chaîne de processus industrialisée économique, permettant la création de quantités de pièces inférieures au millier. Dans ce contexte, la technologie d’enroulement dévoile tous ses atouts, dont la haute flexibilité pour l’alignement des fibres et la grande précision.
CG Tec possède une riche expérience dans le traitement des fibres de basalte et utilise la pultrusion pour la réalisation d’arbres et de moyeux, de câbles en composite en fibres de basalte pour les caméras de surveillance, de barres d’armature pour le béton armé et même de fixateurs externes. Lors de ce processus, des rovings, faisceaux de fibres à alignement parallèle, sont guidés depuis un treillis dans un bain de résine, puis imprégnés de matériau matriciel. Diverses étapes de séchage et de durcissement permettent de créer des profilés, principalement à section circulaire. Les paramètres critiques pour le traitement du basalte reposent dans l’analyse du matériau et la réalisation du processus.
Les experts qui se sont intéressés de très près aux composites renforcés en fibres de basalte ne doutent pas qu’ils conquièrent leur place auprès des matériaux renforcés en fibres de verre et de carbone, malgré les travaux de recherche encore à l’ordre du jour. op
Informations complémentaires À propos de CG Tec : www.cg-tec.de À propos de Createc : www.eplastics.com À propos du réseau Combafi : www.combafi.de À propos du réseau Texsalt : www.texsalt.de
Mots-clés
- Fibres de basalte
- Résistantes à la corrosion
- Alternative au plastique renforcé en fibres de verre ou de carbone
- Utilisation dans les produits médicaux
- Poursuite de la recherche
Des fibres dans les produits médicaux
La société CG Tec Carbon- und Glasfaser GmbH de Spalt, en Moyenne-Franconie, a les compétences requises pour démontrer qu’il existe des alternatives dans le génie biomédical grâce aux matériaux renforcés en fibres. Les alésoirs, utilisés dans le traitement des fractures des os et de la hanche, en sont un exemple. Avec ces tiges en métal flexibles, le chirurgien peut forer l’os, par exemple lors d’opérations de la hanche. Traditionnellement, les alésoirs stériles sont conçus en acier inoxydable à double paroi, car ils se plient facilement selon l’angle voulu avant de se remettre en place, contrairement aux tiges en métal plein. Ils ne sont toutefois utilisables qu’une seule fois. Si le métal est plié pendant l’opération, de fines fissures se créent, permettant la pénétration de liquides qu’il est alors impossible de retirer sans laisser de résidus.
En revanche, une tige de grande qualité flexible conçue en matériau hybride, comme celle développée par CG Tec, est légère, résistante à la corrosion et si flexible qu’elle ne présente aucune fissure après son utilisation. Elle peut donc être réutilisée après nettoyage. En outre, son diamètre peut être adapté à l’utilisation prévue. Cette tige hybride flexible transmet non seulement très bien les couples des systèmes d’alésage techniques aux emplacements complexes, mais présente aussi une très grande élasticité, d’après son développeur. Cela est notamment possible grâce à la composition spéciale des différentes couches des treillis de fibres dont se constitue la tige. Le procédé d’enroulement du textile pré-imprégné joue également un rôle décisif car les treillis textiles de fibres de basalte sont enroulés autour d’un poinçon pour leur donner la forme voulue.
À partir des composites renforcés en fibres de basalte, les développeurs souhaitent parvenir au développement d’autres solutions pour les produits médicaux.
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