Lorsque Gustav Nyström regarde un arbre, il y voit plus qu'une merveille de la nature. «Les arbres sont de magnifiques exemples de la manière dont la nature ou l'évolution intègre la fonction, la structure et la beauté» remarque le nouveau responsable du département de recherche «Cellulose & Wood Materials». Mais les troncs, les feuilles et les racines, il y voit aussi la source de nouveaux matériaux se prêtant à une foule d'applications. Et c'est bien parce que les forêts couvrent un tiers de la Suisse et sont une ressource renouvelable aisément exploitable que Nyström trouve le bois si intéressant.

A l'heure du bouleversement climatique, le chercheur est convaincu qu'il faut passer aux matières premières neutres sur le plan du CO₂. En cela, il rejoint ces créateurs qui conçoivent aujourd'hui des gratte-ciels et des vélos en bois. Nyström cherche également à élargir les possibilités de ce matériau en le dotant de nouvelles propriétés. Ainsi, du bois rendu conducteur de l'électricité, ou magnétique, ou alors structurellement modifié par des microorganismes, permettrait la mise au point de matériaux composites surprenants se prêtant à de nouvelles applications.

Nyström n'oublie pas pour autant les propriétés mécaniques et moléculaires spécifiques de sa matière première. Au contraire, ses idées le forcent à pénétrer plus avant dans ses secrets. Les composants du bois peuvent être combinés à l'échelle nanométrique pour donner des matériaux ne présentant presque plus rien de commun avec nos poutres et nos planches. Ainsi, son équipe travaille sur une nanocellulose visqueuse. Sous forme d'hydrogel, elle peut être utilisée par des imprimantes 3D pour former des capteurs pouvant être intégrés à des vêtements sportifs ou utilisés en robotique.

«Le chercheur que je suis veut comprendre la logique des matériaux de hautes performances. Mais je souhaite avant tout que mon travail contribue à meilleur avenir» précise Nyström. L'un de ses nouveaux projets est une batterie … en papier. «Certaines structures ligneuses se prêtent au stockage de l'énergie». Originaire de Suède, le chercheur a déjà consacré sa thèse à l'université d'Uppsala au stockage de l'énergie par nanofibriles extraites de cellulose naturelle. Il se propose maintenant de lancer à l'Empa un projet de batterie en papier.

Gustav Nyström: Après avoir obtenu son diplôme de physique à l'Institut royal de technologie KTH de Stockholm et à l'Université des sciences appliquées de Darmstadt, ce scientifique d'origine suédoise a obtenu son doctorat en électronique organique et stockage d'énergie sur papier à l'Université d'Uppsala en Suède en 2012. Avant de rejoindre l'Empa, Nyström était chargé de cours et scientifique principal au Département des sciences de la santé et de la technologie de l'ETH Zurich. Agé de 38 ans, il dirige depuis mars 2018 le laboratoire Cellulose et matériaux en bois de l'Empa.

Nyström se concentre sur les problèmes urgents de notre époque tels que le stockage d'énergie, qu'il cherche à résoudre avec de nouveaux matériaux. Quelques exemples: des batteries en matériaux renouvelables se décomposant d'eux-mêmes dans la nature, des bouteilles faites de composants ligneux pouvant remplacer le plastique. Son équipe développe à ce sujet des polymères sur base d'éléments ligneux et de particules de cellulose combinés avec de protéines, capables de remplacer une série d'objets quotidiens tels que les bouteilles de plastique ou les films d'emballage transparents; après usage, ils ne viendront pas s'ajouter aux nappes de déchets qui polluent les océans. Pour Nyström, la limonade en bouteilles de cellulose et les films de polymères rapidement compostables ne relèvent pas de l'utopie, ils vont de soi.

Dans ces recherches, l'un des facteurs essentiels de succès est la diversité de l'équipe. Nyström en est persuadé. Il tient à ce que beaucoup de disciplines y soient représentées. Il peut paraître surprenant que lui-même, un physicien, se soit engagé dans ce domaine. Mais la collaboration entre physiciens, chimistes, spécialistes en sciences du bois et biophysiciens favorise la vivacité d'esprit tout en développant le sens critique. La créativité ne peut surgir que de ce genre de creuset. La variété des origines des chercheurs est également précieuse.

«J'apprécie le côté international de notre équipe. Nos chercheurs nous font profiter d'expériences intéressantes, de la variété des contenus et des styles d'enseignement de leurs alma mater». Lui-même a étudié en Suède et en Allemagne. «J'ai grandi à la campagne. Enfant, je voulais devenir pêcheur. Le mot "professeur" ne m'inspirait rien du tout». Aujourd'hui, Nyström se voit créatif, focalisé et surtout bien organisé. «J'ai trois jeunes enfants. Pour bien équilibrer mes disponibilités entre travail et famille et pour maîtriser le tourbillon du quotidien, je dois me montrer à la fois pratique et rigoureux.»

Le succès d'une équipe repose aussi sur la franchise dans la communication. «La créativité a besoin du partage des idées et des informations, lesquelles doivent pouvoir être soumises à la critique.» Si personne ne veut risquer de partager ses idées, les projets restent au point mort.

En dernières analyse, le laboratoire de Nyström travaille à la réalisation de nouveaux matériaux composites à base de bois et de cellulose dont le développement fait appel à des compétences relevant de nombreux champs de recherche différents. Protéines extraites de parasites du bois, nanocellulose tirée des algues, bois ignifuge … Nyström valorise le potentiel créé par l'interaction des approches.

«En recherche, trouver une petite pièce s'insérant dans un puzzle mégacomplexe, c'est un excellent résultat» reconnaît-il. «Mais je trouve plus élégant de commencer par les questions simples dont l'impact sur la vie des gens est plus important». Raison pour laquelle, à l'Empa, Nyström aime tisser des liens entre la recherche fondamentale et les applications industrielles. «Pour ce qui est de la recherche sur la cellulose et le bois, la Suisse est en concurrence avec des poids-lourds tels que le Canada ou les Etats-Unis. Et nous sommes à la hauteur.»