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Exploiter les déchets de biomasse végétale pour créer des matériaux optiques
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La lignocellulose, matière première abondante, et surtout renouvelable, est largement sous-exploitée : on estime que l'Humanité en utilise à peine 8 milliards de tonnes par an, moins de 5 % de la lignocellulose totale produite sur Terre chaque année.
La lignocellulose se compose de lignine, d'hémicellulose et de cellulose en proportions variables. Elle est présente dans la paroi des cellules des végétaux, du bois et de la paille. Ses molécules s'organisent en polymères et ont une structure fibrillaire. Elle apparaît comme co-produite par de nombreuses activités humaines. À titre d’exemple, l’industrie papetière rejette à elle seule environ 130 millions de tonnes de lignine par an. Cette ressource est largement sous-utilisée, car elle est essentiellement utilisée comme source de combustible solide à faible énergie. Il est donc logique que la valorisation et l’exploitation durable des lignocelluloses intéressent fortement le monde scientifique, pour le bio-raffinage, la fabrication de matériaux ou d’autres applications.
Une équipe composée de chercheurs des universités d’UBC Vancouver (Canada), de RISE (Suède), d’Aalto et de Turku (Finlande), a publié une évaluation critique de l’utilisation de la lignocellulose dans le développement de matériaux optiques fonctionnels pour dispositifs intelligents. Les effets de la fibrillation, de l’alignement des fibrilles, de la densification, de l’autoassemblage, de la structuration des surfaces ou de la composition sur certaines propriétés optiques sont autant de sujets traités dans cette vaste étude disponible en open access dans la revue académique Advanced Materials. Les propriétés optiques en question concernent notamment la transparence, le trouble, la luminescence, l’absorption des UV ou encore les couleurs structurelles.
Le champ d’application de l’étude couvre ainsi les principaux matériaux structurels d’origine végétale, mais aussi les additifs non lignocellulosiques ayant une fonction optique. À l’heure actuelle, les chercheurs travaillent sur des prototypes à l’échelle du laboratoire. À l’Université d’Aalto (Finlande), par exemple, les scientifiques ont mis au point des fibres légères et des tissus réactifs à la lumière.
Kati Miettunen, professeure d’ingénierie des matériaux à l’Université de Turku et co-auteure de cette étude, l’affirme : « Nous sommes actuellement capables d’ajouter des fonctionnalités à la lignocellulose et de la personnaliser plus facilement que le verre. Par exemple, si nous pouvions remplacer le verre des cellules solaires par de la lignocellulose, nous pourrions améliorer l’absorption de la lumière et obtenir un meilleur rendement opérationnel ».
Mais pour que de tels matériaux se démocratisent, plusieurs freins doivent encore être levés. Le principal obstacle technique concerne le caractère hydrophile des matériaux lignocellulosiques. Pour être utilisables pour des applications optiques, ils devront être stables en condition humide. L’application de couches barrières et de traitements de surface fait ainsi partie des pistes envisagées. L’autre obstacle majeur concerne les coûts de fabrication. Celui-ci est néanmoins en train d’être surmonté : si le développement des nanocelluloses a réellement commencé au début des années 2000, cela fait peu de temps que les coûts de production ont suffisamment baissé pour envisager une production industrielle.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
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