Parquet générateur de courant
Des chercheurs ont transformé le bois en un micro-générateur. Lorsqu'il est soumis à une charge, une tension électrique est générée. Le bois peut ainsi servir de biocapteur - ou produire de l'énergie. La toute dernière astuce : pour que le procédé fonctionne sans produits chimiques agressifs, ce sont des champignons présents dans la nature et dégradant le bois qui se chargent de la modification nécessaire.
L'équipe d'Ingo Burgert à l'Empa et à l'ETH Zurich a déjà prouvé à plusieurs reprises que le bois ne peut pas être utilisé uniquement comme matériau de construction. Dans les travaux de recherche, il s'agit souvent d'élargir les propriétés existantes du bois de manière à ce qu'il se prête à des domaines d'application entièrement nouveaux. C'est ainsi qu'ont déjà été créés des bois très résistants, hydrofuges ou magnétisables. L'équipe a maintenant développé, en collaboration avec le groupe de recherche Empa de Francis Schwarze et Javier Ribera, un procédé simple et écologique pour générer une tension électrique avec une sorte d'éponge en bois, comme ils l'ont rapporté la semaine dernière dans la célèbre revue spécialisée "Science Advances".
Contrainte due à la déformation
Si l'on veut générer une tension électrique avec du bois, l'effet dit piézoélectrique entre en jeu. La piézoélectricité signifie qu'une tension électrique est générée par la déformation élastique des corps solides. Ce phénomène est surtout exploité par la technique de mesure, qui utilise des capteurs générant un signal de charge en cas de contrainte mécanique par exemple. Toutefois, ces capteurs utilisent souvent des matériaux qui ne sont pas adaptés à une utilisation dans le domaine biomédical, comme le titanate de zirconate de plomb (PZT), qui ne peut pas être utilisé sur la peau en raison de la présence de plomb. Pouvoir utiliser l'effet piézoélectrique naturel du bois présente donc certains avantages. En outre, cet effet pourrait également servir à la production d'énergie durable. Mais le bois doit d'abord acquérir les propriétés correspondantes. En effet, sans traitement spécial du bois, le processus de déformation ne produit qu'une très faible tension électrique en cas de sollicitation mécanique.
De la bûche à l'éponge
Jianguo Sun, doctorant dans l'équipe de Burgert, a utilisé un procédé qui constitue la base de divers développements du bois : la délignification. Les parois cellulaires du bois sont composées de trois matières premières : La lignine, les hémicelluloses et la cellulose. "La lignine est nécessaire en premier lieu pour qu'un arbre puisse pousser loin en hauteur. Sans lignine, substance stabilisatrice qui relie les cellules et empêche les fibrilles de cellulose rigides en traction de se plier, cela ne serait pas possible", explique Burgert.
Pour transformer le bois en un matériau facilement déformable, la lignine doit être "extraite", du moins en partie. On y parvient en plongeant le bois dans un mélange de peroxyde d'hydrogène et d'acide acétique. Dans le bain d'acide, la lignine est dissoute et il ne reste qu'un squelette de couches de cellulose. Pour ce procédé, il s'agissait pour l'équipe de Burgert de travailler avec des processus relativement simples et respectueux de l'environnement : "Nous utilisons la structure hiérarchique du bois sans devoir d'abord la dissoudre et ensuite recoller les fibres, comme c'est le cas pour la fabrication du papier". L'éponge de bois blanche qui en résulte est composée de fines couches de cellulose superposées qui se laissent facilement comprimer et se dilatent ensuite pour reprendre leur forme initiale.
De l'électricité à partir du sol en bois
Le groupe de recherche a soumis le cube de test d'une longueur de côté d'environ 1,5 cm à environ 600 cycles de charge. Le matériau a montré une stabilité étonnante. À chaque charge, les chercheurs ont mesuré une tension d'environ 0,63 V - une tension qui pourrait être utilisée comme capteur. Dans d'autres expériences, l'équipe a tenté de sonder l'évolutivité possible de ce nanogénérateur. Ils ont ainsi pu montrer que 30 blocs de bois de ce type, lorsqu'ils sont soumis en parallèle au poids d'un adulte, font déjà briller un simple écran LCD. En optimisant encore le processus, on pourrait imaginer un parquet fonctionnalisé qui transforme l'énergie des pas en électricité. Les chercheurs ont testé l'aptitude en tant que capteur sensible à la pression sur la peau humaine et ont ainsi montré qu'une application dans le domaine médical était également possible.
Application en préparation
Les travaux de la dernière publication de l'équipe Empa-ETH Zurich vont cependant encore plus loin : l'objectif était de modifier le procédé de manière à ce qu'il puisse se passer de produits chimiques agressifs. Les chercheurs ont trouvé dans la nature un candidat approprié capable de procéder à la délignification sous la forme d'un processus biologique : le champignon Ganoderma applanatum provoque la pourriture blanche dans le bois. "Le champignon dégrade la lignine et l'hémicellulose du bois de manière particulièrement douce", explique Javier Ribera, chercheur à l'Empa, à propos de ce procédé respectueux de l'environnement. De plus, le processus peut être facilement contrôlé en laboratoire.
Il reste certes encore quelques étapes à franchir avant que le bois "piézo" puisse être utilisé comme capteur ou comme parquet générateur d'électricité. Mais les avantages d'un système piézoélectrique aussi simple, à la fois renouvelable et biodégradable, sont évidents - et sont désormais étudiés par Burgert et ses collègues dans le cadre d'autres projets de recherche. Et pour adapter la technologie à une application industrielle, les chercheurs sont déjà en discussion avec des partenaires de coopération potentiels.
