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

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Aux États-Unis, on estime que 15 millions de tonnes de textiles finissent dans les décharges ou sont brûlées chaque année. Ces déchets, qui représentent 85 pour cent 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 recycler les textiles n’est pas toujours chose aisée. Ceux qui ne peuvent pas être revendus tels quels sont envoyés dans des installations pour être triés par type de tissu. Le tri manuel demande beaucoup de travail, et est rendu plus difficile par les 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 présents dans les mélanges de tissus qui composent la plupart des vêtements.

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

« Disposer d'un moyen d'identifier facilement les types de tissus et de les trier au fur et à mesure de leur arrivée pourrait contribuer à étendre 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, récemment publiée dans Advanced Materials Technologies.

Tirer des fils

Doran est un spécialiste du textile au Defence Fabric Discovery Center (DFDC) du Lincoln Laboratory. Là, elle travaille avec des chercheurs du groupe Matériaux avancés et microsystèmes pour créer les « tissus du futur » en intégrant des fibres intégrant de minuscules composants électroniques et capteurs.

À l'Université du Michigan, Brian Iezzi, l'auteur principal de l'étude, étudiait les 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 fibre. L'un de ces dispositifs s'appelle une fibre à 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 aujourd'hui une expertise du DFDC.

"C'est une fibre qui agit comme un miroir parfait", explique Bradford Perkins, chercheur au DFDC et co-auteur de l'étude. « En superposant certains matériaux, vous pouvez concevoir ce miroir pour qu'il reflète 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 est au départ un bloc de polymère appelé préforme. L'équipe a soigneusement construit la préforme pour qu'elle contienne 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 une épaisseur inférieure à un micron et, en combinaison, produit une fibre de la même taille qu'un fil conventionnel dans un tissu.

Bien que chaque couche individuelle soit transparente, 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 on les regarde de très près, il s'agit en réalité d'une gaine de matériau avec des motifs nanostructurés qui diffusent la lumière, de la même manière que nous faisons avec les fibres."

En contrôlant la vitesse à laquelle les fibres sont étirées, les chercheurs peuvent les « régler » pour réfléchir et absorber 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 le coton par exemple, et l'autre le polyester. Les fibres seraient tissées dans les tissus lors de leur fabrication, avant d'être utilisées dans un vêtement et éventuellement recyclées.