Les arbres sont des matières vivantes complexes dont la solidité et la légèreté résultent d’un assemblage de biopolymères. Des chercheurs de la Chalmers University of Technology, en Suède ont développé une méthode permettant de reproduire artificiellement l’architecture des cellules du bois grâce à l’impression 3D.
Bien que le bois soit exploité par l’homme depuis la nuit des temps, sous toutes ses formes, pour concevoir du mobilier, du papier ou encore des textiles, les procédés de transformation conventionnels ont pour conséquence de détruire l’architecture des cellules du bois.
La structure hiérarchique du bois
Le bois est un matériau fascinant, car constitué d’un assemblage de biopolymères qui s’opère à différentes échelles un peu à la manière de poupées russes. Ainsi, les cercles visibles à l’œil nu sont eux-mêmes composés de cellules microscopiques en forme de nid d’abeille, dont les parois peuvent également être considérées comme un matériau composite. Mais ce n’est pas tout : si on observe attentivement ces parois, on constate qu’elles sont un agencement de plusieurs couches concentriques de fibres de cellulose, contenant des microfibrilles nanométriques enrobées d’une matrice organique.
Reproduire la structure en nid d’abeille du tissu cellulaire du bois
C’est cette architecture cellulaire si particulière, appelée ultrastructure du bois, qui intéresse l’équipe de chercheurs dirigée par le professeur Paul Gatenholm. En effet, au cours de leurs travaux précédents, ils avaient déjà réussi à transformer de la pâte à bois en un gel de nanocellulose, la première étape vers la création d’une encre utilisable en impression 3D. Cette fois-ci ils ont été beaucoup plus loin en interprétant le code génétique du bois afin de programmer une imprimante 3D. Ceci leur a permis à la fois de contrôler l’orientation des nano fibrilles de cellulose au cours de l’impression et la forme en nid d’abeille des cellules.
Vers la création de nouveaux produits écologiques
L’équipe du professeur Gatenholm a d’ores et déjà développé plusieurs prototypes en vue d’une industrialisation. Ils ont par exemple élaboré un concept de packaging innovant en imprimant des structures en nid d’abeille autour de particules solides qui se retrouvent emprisonnées dans les parois. Comme la cellulose est une excellente barrière à l’oxygène, il s’agirait donc d’un procédé d’encapsulation permettant d’emballer des denrées alimentaires ou pharmaceutiques. Cette technique permettrait ainsi de concevoir des emballages localement, sur mesure, et d’éviter l’utilisation de plastique dérivé du pétrole, sans créer de déchets.
Des applications dans le domaine spatial
Les technologies d’impression 3D font aujourd’hui partie des éléments clés de la conquête spatiale, car elles permettent notamment aux astronautes de réparer des équipements et de concevoir des outillages. Par ailleurs, les futurs longs voyages spatiaux vers mars imposeront certainement la plantation de végétaux pour la production de nourriture. Or, la cellulose à la particularité d’être une matière première renouvelable qui peut être extraite facilement des plantes. Les chercheurs ont ainsi déjà fait la démonstration de leur technologie à l’occasion d’un workshop organisé par l’agence spatiale européenne (ESA) et travaillent actuellement avec la NASA.
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