Électrofilage – Electrospinning

L’electrospinning ou électrofilage, en d’autres termes le « filage par voie électrostatique » est une méthode de nanofabrication de fibres avec des diamètres de l’ordre d’environ 50 nanomètres à 1 micromètre. C’est un procédé électrohydrodynamique qui utilise une force électrostatique pour étirer une solution polymère. Les matériaux peuvent donc être traités à l’échelle du nanomètre, ce qui permet de déterminer les géométries de fibres très précisément et d’obtenir des systèmes avec des propriétés bien définies, et ainsi d’augmenter leur performance. Les nanofibres fabriquées par électrofilage peuvent avoir différentes architectures : fibres poreuses ou creuses, fibres à double (cœur/peau, core/shell) ou multiples composants, etc. Elles peuvent être obtenues à partir d’un grand nombre de polymères ou de composites et forment habituellement une membrane non-tissée dont la porosité peut être contrôlée par les paramètres de production. Les nanofibres et les membranes ainsi formées ont un rapport surface-volume extrêmement élevé et sont également très légères avec une densité très basse, ce qui les rend intéressantes pour une multitude d’applications, par exemple dans le domaine de la filtration, de la libération contrôlée de substances ou pour la fabrication de membranes utilisées dans les batteries. Dans le domaine biomédical, ces membranes sont notamment utilisées en génie tissulaire. En effet, en utilisant des biopolymères, des structures biocompatibles pour faire croître des cellules in vitro peuvent être construites.

Les études électrostatiques de gouttes de Rayleigh dans les années 1880 sont à l’origine de la technologie de l’électronébulation, suivies de premiers travaux sur la pulvérisation liquide utilisant un champ électrique au début du XX^e siècle. Le premier brevet sur le principe date de 1934 et un brevet pour un appareillage d’électrofilage fut déposé en 1944 . Cependant, il a fallu attendre jusqu’en 1990 pour que le développement de cette technologie prenne de l’essor, avec la publication d’études sur la filabilité de différents polymères et l’influence de différents paramètres de fabrication sur le diamètre et les propriétés des fibres . Depuis environ une vingtaine d’années, le nombre de publications scientifiques s’est accru de manière exponentielle, avec plus de 4000 publications/an depuis 2018 .

L’électrofilage n’est pas la seule méthode permettant de produire des nanofibres . Celles-ci peuvent également être produites par un procédé de filage et d’étirage à sec, par séparation de phase ou par méthode d’auto-assemblage des polymères. Les nanofibres peuvent également être obtenues en utilisant la force centrifuge (forcespinning). Cependant, l’électrofilage est pour l’instant la seule méthode avec laquelle des nanofibres peuvent être produites en continu à grande vitesse, ce qui a permis son industrialisation. Cet article donne un aperçu général des méthodes de fabrication de fibres électrofilées, les paramètres influents, et une description des applications les plus importantes de nanofibres.