Développement de nanocomposites antistatiques pour environnement spatial

Le projet anti-static ETFE-based nanocomposite mené de concert par le Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) au Luxembourg et Axon Cable en France s’est récemment terminé. Financé par l’Agence Spatiale européenne (European Space Agency – ESA), le projet s’est lancé dès 2015 dans une ambitieuse mission : mettre au point un nouveau fil électrique pour des applications spatiales telles que les câbles électriques de panneaux photovoltaïque de satellite, permettant d’éviter les phénomènes de décharges électrostatiques liés à l’environnement spatial. Pour répondre à cet objectif, la formulation de l’isolant du fil fabriqué à partir d’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), un polymère thermoplastique à haute performance thermique, a été modifiée par l’ajout de nanoparticules conductrices de courant, afin de dissiper l’accumulation de charges à la surface du fil. L’innovation technique repose sur un contrôle de la percolation électrique du nanocomposite permettant d’aboutir à un matériau antistatique avec une large plage de concentration en nanoparticules. Au cours de leurs 3 années de recherches, les partenaires ont pu mettre à jour de nouvelles formulations et tester de nouveaux prototypes de fil électrique à partir de ces dernières.

Un seuil de percolation électrique adaptable

Les chercheurs du LIST spécialisés en matériaux composites ont tout d’abord découvert que la percolation électrique des nanocomposites d’ETFE peut être adouci par traitement chimique des nanoparticules conductrice ou de la matrice, et par l’ajout de nanoparticules non-conductices. Ces différentes méthodes ont ainsi permis d’identifier des formulations antistatiques d’ETFE. Des analyses structurales, thermiques et mécaniques poussées ont ensuite permis de valider certaines formulations électrostatiques pour l’étape de prototypage.

Des prototypes de fils électriques spatiaux

Les formulations antistatiques les plus prometteuses ont fait l’objet d’un scale-up qui a permis de fabriquer des prototypes de fils électrique avec un design répondant aux standards ESA. Les conditions de process ont été optimisées par Axon Cables afin de se rapprocher des propriétés obtenues au LIST. Au terme du projet, il a été proposé d’améliorer le design actuel du fil électrique pour bénéficier au mieux des propriétés antistatiques de l’isolant à base d’ETFE.

Des outils d’analyses sur-mesure

Enfin, pendant le projet, les chercheurs du LIST et leurs partenaires d’Axon Cables ont mis au point des outils de caractérisation avancés pour une compréhension approfondie des relations entre propriétés électriques et propriétés structurales à l’échelle du matériau et du prototype.

Légende de la photo : Fabrication par extrusion de fil électrique (standard ESA ESCC3901/012 variant 4) avec isolant antistatique à base d’ETFE, à gauche : sortie de filière d’extrusion, à droite : bobinage du fil (diamètre du fil : 1 mm)