Les « codes-barres » en fibre peuvent créer des étiquettes de vêtements qui durent

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Aux États-Unis, on estime que 15 millions de tonnes de textiles finissent dans des décharges ou sont brûlés chaque année. Ces déchets, qui représentent 85 % des textiles produits chaque année, constituent un problème environnemental croissant. En 2022, le Massachusetts est devenu le premier État à promulguer une loi interdisant de jeter les textiles à la poubelle, visant à augmenter les pourcentages de recyclage.

Mais le recyclage des textiles n'est pas toujours facile. Ceux qui ne peuvent pas être revendus en l'état sont envoyés aux installations pour être triés par type de tissu. Le tri manuel demande beaucoup de travail, rendu plus difficile par des étiquettes usées ou manquantes. Les techniques plus avancées qui analysent la chimie d'un tissu ne sont souvent pas assez précises pour identifier les matériaux dans les mélanges de tissus, qui composent la plupart des vêtements.

Pour améliorer ce processus de tri, une équipe du MIT Lincoln Laboratory et de l'Université du Michigan propose une nouvelle façon d'étiqueter les tissus : en y tissant des fibres dotées d'une réflectivité technique. Cette fibre n'est réfléchissante que sous certaines lumières infrarouges. Selon les longueurs d'onde de la lumière que la fibre réfléchit lorsqu'elle est scannée, les recycleurs sauraient quel type de tissu la fibre représente. Essentiellement, la fibre fonctionne comme un code-barres optique pour identifier un produit.

"Avoir un moyen d'identifier facilement les types de tissus et de les trier au fur et à mesure qu'ils arrivent pourrait aider à accélérer les processus de recyclage. Nous voulons trouver des moyens d'identifier les matériaux pour une autre utilisation après le cycle de vie du vêtement", explique Erin Doran, co-auteur de l'étude de l'équipe, qui a récemment été publiée dans Advanced Materials Technologies.

Tirer des fils

Doran est spécialiste du textile au Defense Fabric Discovery Center (DFDC) du Lincoln Laboratory. Là-bas, elle travaille avec des chercheurs du groupe Advanced Materials and Microsystems pour créer des "tissus du futur" en intégrant des fibres intégrées à de minuscules composants électroniques et capteurs.

À l'Université du Michigan, Brian Iezzi, l'auteur principal de l'étude, cherchait des moyens d'améliorer la recyclabilité des textiles. Son travail au Shtein Lab de l'U-Michigan se concentre sur l'application de la photonique aux dispositifs à base de fibres. L'un de ces dispositifs s'appelle une fibre de couleur structurelle, un type de fibre photonique développé pour la première fois au MIT il y a plus de 20 ans par l'équipe de recherche du professeur Yoel Fink. C'est un domaine d'expertise aujourd'hui au DFDC.

"C'est une fibre qui agit comme un miroir parfait", explique le chercheur du DFDC Bradford Perkins, co-auteur de l'étude. "En superposant certains matériaux, vous pouvez concevoir ce miroir pour refléter des longueurs d'onde spécifiques. Dans ce cas, vous voudriez des réflexions à des longueurs d'onde qui se démarquent des signatures optiques des autres matériaux de votre tissu, qui ont tendance à être sombres car les matériaux de tissu courants absorbent le rayonnement infrarouge. "

La fibre commence par un bloc de polymère appelé préforme. L'équipe a soigneusement construit la préforme pour contenir plus de 50 couches alternées d'acrylique et de polycarbonate. La préforme est ensuite chauffée et tirée comme de la tire du haut d'une tour. Chaque couche finit par avoir moins d'un micron d'épaisseur et, en combinaison, produit une fibre de la même taille qu'un fil conventionnel dans un tissu.

Alors que chaque couche individuelle est claire, l'association des deux matériaux reflète et absorbe la lumière pour créer un effet optique qui peut ressembler à de la couleur. C'est le même effet qui donne aux ailes de papillon leurs couleurs riches et chatoyantes.

"Les ailes de papillon sont un exemple de couleur structurelle dans la nature", explique le co-auteur Tairan Wang, également du Lincoln Laboratory. "Quand vous les regardez de très près, ils sont vraiment une gaine de matériau avec des motifs nanostructurés qui diffusent la lumière, similaire à ce que nous faisons avec les fibres."

En contrôlant la vitesse à laquelle les fibres sont étirées, les chercheurs peuvent les « ajuster » pour qu'elles réfléchissent et absorbent des plages de longueurs d'onde spécifiques et périodiques, créant ainsi un code-barres optique unique dans chaque fibre. Ce code-barres peut ensuite être attribué aux types de tissus correspondants, l'un symbolisant par exemple le coton et l'autre le polyester. Les fibres seraient tissées dans des tissus lors de la fabrication des tissus, avant d'être utilisées dans un vêtement et éventuellement recyclées.

Contrairement aux motifs accrocheurs des ailes de papillon, les fibres ne sont pas censées être voyantes. "Ils représenteraient moins de quelques pour cent du tissu. Personne ne pourrait dire qu'ils sont là tant qu'ils n'auraient pas de détecteur infrarouge", explique Perkins.

Selon les chercheurs, un détecteur pourrait être adapté du type utilisé pour trier les plastiques dans l'industrie du recyclage. Ces détecteurs utilisent de la même manière la détection infrarouge pour identifier les signatures optiques uniques de différents polymères.

A essayer dans le futur

Aujourd'hui, l'équipe a déposé une demande de protection par brevet pour sa technologie, et Iezzi évalue les moyens de passer à la commercialisation. Les fibres produites dans cette étude sont encore légèrement épaisses par rapport aux fibres de vêtements, donc les amincir davantage tout en conservant leur réflectivité aux longueurs d'onde souhaitées est un domaine de recherche continu.

Une autre piste à explorer consiste à rendre les fibres plus proches du fil à coudre. De cette façon, ils pourraient être cousus dans un vêtement dans les cas où leur tissage dans un certain type de tissu pourrait affecter son apparence ou sa sensation.

Les chercheurs réfléchissent également à la manière dont les fibres de couleur structurelle pourraient aider à résoudre d'autres problèmes environnementaux dans l'industrie textile, tels que les déchets toxiques des colorants. On pourrait imaginer utiliser de telles fibres pour fabriquer des tissus qui sont intrinsèquement imprégnés d'une couleur qui ne s'estompe jamais.

"Il est important pour nous de prendre en compte la recyclabilité à mesure que le marché du textile électronique se développe également. Cette idée peut ouvrir des voies pour la récupération des copeaux et des métaux au cours du processus de recyclage du textile." dit Doran. "La durabilité est une grande partie de l'avenir, et il a été passionnant de collaborer sur cette vision."

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