Les chaussures de sport, devenues des défis technologiques, ont considérablement progressé ces dernières années, et ce dans toutes les disciplines sportives. © Arkema

Sciences

Euro 2016 : la chimie high-tech a révolutionné les chaussures de foot

ActualitéClassé sous :chimie , chaussures de sport , polymères

Au foot comme dans les autres disciplines sportives, répondre aux exigences contradictoires de la chaussure est une affaire de haute technologie. C'est aujourd'hui au niveau moléculaire que les chimistes travaillent pour inventer des matériaux tout à la fois légers, souples, résistants, étanches, confortables, colorisables, façonnables, etc. Découvrez les dernières vedettes : les coplymères à blocs, qui concilient l'inconciliable.

Le Pebax, un nouveau matériau élastique et ultrarésistant  Voici un exemple des innovations en matière de chimie : les élastomères thermoplastiques, un peu plastiques et un peu élastiques, qui ont assoupli les chaussures sans les fragiliser. On voit ici la comparaison entre un TPU (thermoplastique à polyuréthane) et une nouvelle génération (le Pebax, de son nom commercial), pour des applications dans le domaine sportif. Avec des segments aux propriétés différentes, le matériau final est plus élastique, moins dégradé par les basses températures et plus résistant. 

Une bonne chaussure de sport doit être légère. Selon la discipline, elle doit aussi être très souple, pour courir, ou d'une rigidité déterminée, pour marcher, grimper ou skier. Elle doit aussi être étanche et résister aux chocs. Ces qualités sont difficilement compatibles et pour aboutir à un bon compromis, il faut associer différentes matières. Ce peut être le cuir de kangourou, souvent utilisé pour la tige des chaussures de football, par exemple, et la fibre de carbone pour les crampons. Cependant, l'immense magasin de la chimie organique comporte aujourd'hui tant de molécules différentes que semblables matériaux composites peuvent être créés à partir de polymères (le « plastique » du langage courant). Dans le domaine des chaussures de sport, les progrès récents sont venus des « élastomères thermoplastiques », alias TPE (de leur acronyme anglais), qui parviennent à être à la fois élastiques et suffisamment durs. Comment est-ce possible ?

Un matériau thermoplastique a la propriété de devenir souple et déformable, voire liquide, au-dessus d'une certaine température puis de se rigidifier de nouveau après refroidissement, sans que ses propriétés soient altérées. Le verre est thermoplastique, par exemple. Avec de tels matériaux, la fabrication d'un objet peut se faire facilement, à l'aide de différents procédés, comme le soufflage, le moulage, le surmoulage, l'extrusion... De nombreux polymères ont cette propriété : le polyéthylène (PE), le polychlorure de vinyle (PVC), le polystyrène, le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), les résines acryliques... Ils permettent de réaliser des objets de formes et de couleurs variées. Chimiquement, ils sont constitués de longues chaînes peu ou pas ramifiées.

Mais il leur manque souvent la souplesse. Celle-là est la qualité des élastomères, la propriété élastique étant celle qui permet à un matériau de reprendre sa forme initiale une fois la contrainte mécanique disparue. Le caoutchouc naturel a donné son nom à ces matériaux qui, à proprement parler, ne sont pas plastiques (puisqu'ils sont élastiques).

Clip promotionnel pour le Pebax, où l’on retrouve Armand et Lucas, joueurs espoirs au Stade rennais. © Arkema

Des plastiques composites pour additionner les qualités

Combiner les deux est un art consommé des chimistes des polymères qui inventent toutes sortes de compromis en cuisinant de savants mélanges. Les « copolymères » associent dans les mêmes chaînes des molécules chimiques différentes. Ce sont eux qui permettent d'obtenir des « élastomères thermoplastiques », des matériaux à la fois souples et durs, en quelque sorte.

Il faut pour cela des copolymères spéciaux, que l'on dit « à blocs ». Les chaînes sont formées de succession de motifs moléculaires, donc plutôt A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A que A-B-A-B-A-B-A-B. Ainsi sont faits les élastomères thermoplastiques, dont il existe de nombreuses variantes. Certaines sont à base de polyuréthane (ou polyuréthanne, une écriture française dont les deux « n » rappellent qu'il n'y a pas d'éthane, mais qui s'est quasiment perdue). Ce sont les TPU. Il y en a d'autres, comme celui produit par l'entreprise Arkema, sous le nom de Pebax et qui est présenté dans cette vidéo. Chimiquement, c'est un « PEBA » (Polyether block amide), un copolymère éther-amide. Il est constitué d'une succession de blocs, les uns rigides (du polyamide) et les autres souples (du poly-éther).

Un ressort dans la chaussure

Au final, on obtient une grande souplesse et une forte résistance aux chocs. De plus, la densité est faible, conduisant à un gain de poids de 20 %. Ce matériau a rencontré le succès dans les chaussures de sport, par exemple pour le ski mais aussi pour le football, où l'on apprécie la souplesse et la résistance pour un poids plus faible. Le « retour d'énergie » est également une propriété intéressante, pour le football, la course ou la randonnée, quand la semelle a tendance à retrouver d'elle-même sa forme plane après le soulèvement du pied, comme s'il y avait un petit ressort dans la chaussure.

Ces combinaisons de molécules permettent donc de répondre à des exigences apparemment contradictoires, qui diffèrent entre les disciplines, voire qui évoluent avec les pratiques, la mode ou les demandes sociétales. Par exemple, récemment, est apparue une variante du Pebax, réalisée avec des matières premières recyclables, à base d'huile de ricin. Les chimistes n'ont pas fini d'étonner les sportifs...