Retracer l'évolution des matériaux polymères : Les innovations pionnières du 19e siècle (Partie 2)

Au milieu du 19e siècle, le monde des matériaux a connu une vague de percées transformatrices. En une seule année — 1846 — la gutta‑percha a été adaptée pour l'isolation télégraphique, des pneus en caoutchouc ont été fabriqués pour le carrosse de la reine Victoria, Alexander Parkes a affiné une technique de vulcanisation à température ambiante, et une expérience accidentelle de Christian Friedrich Schönbein a déclenché le développement du matériau explosif qui deviendrait la fulmicoton.

Schönbein, professeur de chimie à l'Université de Bâle, a découvert l'ozone et reconnu le pouvoir oxydant d'un mélange acide nitrique‑sulfurique. En distillant cette solution dans sa cuisine, un déversement sur un tablier en coton a causé son inflammation instantanée. La cellulose nitrée résultante — communément appelée fulmicoton — a déclenché une brève mais intense course aux armements en Europe et Russie, avec dépôts de brevets et efforts de rétro‑ingénierie proliférant. L'extrême volatilité du matériau a mené à des accidents spectaculaires et, ultimement, à des interdictions et un déclin de l'expérimentation.

Au milieu de cette turbulence, les chercheurs explorant le nitrate de cellulose ont découvert qu'en le dissolvant dans un mélange d'éther et d'alcool, on obtenait une substance appelée collodion. Une fois séché, le collodion devenait un film dur, transparent, pouvant fonctionner comme vernis, revêtement imperméable, ou solide moulable. Il offrait des propriétés semblables au caoutchouc et à la gutta‑percha mais promettait des coûts inférieurs.

Alexander Parkes, pionnier de la vulcanisation à froid, a breveté ce matériau moulable en 1856 sous le nom de Parkesine. Il a débuté à la Grande Exposition de Londres en 1862, remportant une médaille de bronze. La Parkesine a présenté une gamme de produits — incluant une boule de billard — mais sa viabilité commerciale a échoué. Les solvants à coût élevé requis pour la production de collodion, couplés à l'utilisation par Parkes de déchets de coton de qualité inférieure et de quantités excessives de plastifiant huile de ricin, ont résulté en un produit manquant de stabilité dimensionnelle et souffrant d'une variabilité lot‑à‑lot sévère.

À la même époque, le champion de billard Michael Phelan a offert un prix de 10 000 $ pour un matériau pouvant remplacer l'ivoire dans les boules de billard. John Wesley Hyatt, un imprimeur intrigué par ce défi, a commencé à expérimenter avec des composites tissu, bois, et papier enduits de laque, ivoire, ou poudre d'os. Son brevet de 1865 a produit une boule d'ivoire imitée insatisfaisante, menant à un brevet de 1868 pour un mélange papier‑et‑pâte‑de‑bois traité sous haute chaleur et pression.

La familiarité d'Hyatt avec le collodion — utilisé dans les soins de blessures et l'industrie de l'imprimerie — s'est avérée cruciale. Une bouteille de collodion renversée a laissé un film dur, l'inspirant à enduire ses boules de billard avec ce matériau. Par raffinements itératifs, il a augmenté la viscosité du collodion et, en 1869, a produit un composé pouvant envelopper un noyau en bois sous chaleur et pression. Cette percée lui a valu un brevet pour une boule de billard améliorée, plus tard connue sous le nom de celluloïd.

Bien que le celluloïd n'ait jamais entré en production commerciale pour boules de billard ni reçu le prix de Phelan, le travail d'Hyatt a posé les bases des avancées futures. En revisitant les brevets de Parkes, il a découvert que le camphre, utilisé seul comme plastifiant, pouvait rendre le collodion pleinement formable. Cette insight lui a permis de transformer le collodion de Parkes en un matériau versatile — le celluloïd — dont les propriétés pouvaient être ajustées en variant la teneur en camphre.

Des développements parallèles ont eu lieu en Angleterre, où Daniel Spill — partenaire de Parkes — a repris l'entreprise échouée de Parkes et a donné le nom de Xylonite à un matériau à base de camphre. Le litige de brevet résultant s'est étendu de 1877 à 1884, reconnaissant finalement Parkes comme inventeur original et permettant la fabrication continue de produits en celluloïd.

Dans notre prochaine chronique, nous tracerons les applications en expansion du celluloïd et la naissance d'une nouvelle technique de traitement du plastique qui façonnerait la fabrication moderne.

À PROPOS DE L'AUTEUR : Mike Sepe est un consultant indépendant, mondial, en matériaux et procédés basé à Sedona, Arizona. Avec plus de 40 ans d'expérience dans l'industrie des plastiques, il conseille les clients sur la sélection de matériaux, la conception pour la fabricabilité, l'optimisation de procédés, le dépannage, et l'analyse de défaillance. Contact : (928) 203‑0408 • mike@thematerialanalyst.com.