Ses propriétés sont étonnantes et ses applications sont en conséquence diverses : le pigment mélanine qui protège, par exemple, la peau humaine des rayons UV nocifs (et nous donne un bronzage d'été), est un véritable trésor pour de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies. Bien que la substance miracle se trouve dans la nature, le biopolymère complexe ne pouvait auparavant être produit artificiellement à l'échelle industrielle que par des procédés coûteux et complexes dans lesquels toutes les propriétés ne pouvaient pas être reproduites. Les procédés de production de mélanine naturelle à partir de microorganismes ont jusqu'à présent également montré un faible rendement. Il n'est donc pas surprenant que cette substance soit plusieurs fois plus chère que l'or. Les chercheurs de l'Empa ont maintenant "convaincu" les champignons de produire "l'or noir" selon un procédé simple et très évolutif. "La mélanine est extrêmement stable contre les influences environnementales et est intéressante non seulement comme pigment, mais aussi bien au-delà, pour le développement de matériaux composites innovants", déclare Francis Schwarze, chercheur à l'Empa, du laboratoire " Cellulose & Wood Materials ".

Lumière verte : Le champignon Hallimasch pénètre dans le bois et le fait briller par bioluminescence. Image: Empa

Dans leur recherche de procédés plus simples et moins chers pour la production de mélanine naturelle en grande quantité, Schwarze et son équipe sont tombés sur un champignon qui se trouve en fait dans la forêt comme parasite des plantes : Armillaria cepistipes. Son incroyable métabolisme lie les métaux lourds, fait briller le bois dans le noir et produit de la mélanine. Et à grande échelle. "Nous avons sélectionné une lignée prometteuse du champignon Armillaria, qui, grâce à notre technologie, produit désormais environ 1000 fois plus de mélanine que les autres micro-organismes avec lesquels on a déjà tenté de produire des pigments", explique Francis Schwarze. L'astuce : la souche fongique sélectionnée vit dans un liquide nutritif et libère la mélanine dans l'environnement. "Nous avons ainsi rendu possible une production durable, qui ne nécessite plus les longues étapes d'extraction comme les processus microbiologiques antérieurs", explique le chercheur de l'Empa. Au bout de trois mois, un litre de culture Armillaria avait déjà produit environ 20 grammes de mélanine.

La production facilitée et durable de la mélanine permet maintenant aux chercheurs de l'Empa de faire avancer des projets de développement de matériaux innovants. Il s'agit, par exemple, d'un système de purification de l'eau : Comme la mélanine est capable de fixer les métaux lourds, elle peut être utilisée pour développer de nouveaux types de filtres à eau. "Nous avons intégré la mélanine organique dans des polymères artificiels comme le polyuréthane", explique Anh Tran-Ly, chercheuse à l'Empa. Au moyen de l'électrofilage, le mélange de polymères a été filé en fibres très fines pour former des membranes. L'équipe de l'Empa a découvert que les membranes composites à base de mélanine permettent d'éliminer jusqu'à 94% du plomb des eaux polluées.

Noir comme l'ébène : Tine Kalac, chercheur à l'Empa, met en valeur le bois d'épicéa ordinaire avec de la mélanine. Image: Empa

Dans la nature, les champignons utilisent la pigmentation de la mélanine pour se protéger des organismes concurrents qui envahissent l'environnement. Grâce à une nouvelle technologie, la substance colorante peut désormais être utilisée pour protéger des communautés beaucoup plus importantes de l'influence humaine : La mélanine peut être utilisée pour protéger les forêts tropicales où pousse le précieux ébène.

Le bois d'ébène tropical est également considéré comme particulièrement précieux en raison de sa couleur foncée unique. Un processus durable, qui transforme le bois d'épicéa indigène ordinaire en un produit visuellement aussi attrayant, permet aux forêts tropicales vulnérables de respirer un peu de soulagement. "Lorsque le bois d'épicéa est placé dans une suspension de mélanine, on peut obtenir un bois sombre et profond dont la couleur est comparable à celle de l'ébène", explique Tine Kalac, chercheur à l'Empa.

La "mélanine" est un terme générique qui désigne un grand groupe de substances colorantes. Le pigment mélanine donne sa couleur à nos cheveux, nos yeux et notre peau.

On le trouve dans les plumes d'oiseaux, la laine de mouton et dans l'encre des calmars. De plus, les plantes, les champignons et même les bactéries possèdent la substance miracle.

Sa tâche : protéger l'organisme contre les stress environnementaux. L'assombrissement de la peau lors de l'exposition au soleil en est un exemple.

Les champignons, en revanche, ont une capacité encore plus étonnante : grâce à la mélanine, ils peuvent même utiliser la radioactivité pour générer de l'énergie dans leur propre métabolisme. Image: Unsplash

Semblable à une éponge, le porling aquatique se développe à la surface du bois et attaque sa structure même en profondeur. Image: Empa

Pour que la pigmentation noire pénètre mieux dans le bois, les chercheurs ont utilisé une autre astuce de leur champignonnière : Physisporinus vitreus, qui provoque la pourriture blanche, est également un parasite du bois. Elle pousse comme une éponge sur les arbres et décompose la lignine qui les soutient dans le bois.

Grâce à un procédé spécialement développé à l'Empa, le bois est traité avec le champignon de la pourriture blanche juste assez longtemps pour que la suspension de mélanine pénètre profondément dans les structures du bois, mais que le bois reste stable.

Armillaria est une des créatures les plus étonnantes sur terre. Il peut pousser sur le sol de la forêt en forme de champignon classique, seulement décoré d'une bande décorative autour du style, comme un bracelet, ce qui lui donne le nom latin "Armillaria".

Beaucoup plus impressionnant, cependant, est son filet de fils noirs, qu'il tire sur le bois et le sol. Les fils de champignons se réunissent pour former d'épais faisceaux de plusieurs mètres de long, entourés d'une couche protectrice noire contenant de la mélanine, et recherchent de nouveaux habitats et sources de nourriture. Ces rhizomorphes peuvent également pénétrer les racines des arbres en tant que parasites, monter sur le tronc et décomposer leur hôte de l'intérieur.

Avec une superficie de plusieurs kilomètres carrés, la plus grande créature vivante du monde, un filet à Armillaria vieux de 2400 ans, se développe dans l'État américain de l'Oregon. En Suisse, le plus grand champignon d'Europe se trouve à nouveau au col d'Ofen. Cet Armillaria couvre une superficie de 50 terrains de football. Il doit son âge d'environ 1000 ans au pigment mélanine, qui protège les fils fongiques noirs des dommages causés par l'environnement.

Le serpentino : une forme particulière avec un son touchant. Image: Xavier Voirol

Comme le champignon Armillaria utilise la mélanine comme arme contre ses congénères, il semble évident d'utiliser cette propriété pour protéger le bois contre les champignons nuisibles. Afin de développer un produit de protection du bois à base de mélanine, les chercheurs de l'Empa participent à un projet de recherche interdisciplinaire récemment lancé et soutenu par Innosuisse, l'agence suisse pour la promotion de l'innovation. Ils veulent reconstruire un instrument à vent historique, le Serpentino (petit serpent en français).

Outre la Haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse et le Musée historique de Bâle, le partenaire du projet est la société SBerger Serpents en Bois (JU), qui est responsable de la mise en œuvre pratique du projet de recherche. Le fondateur de la société, Stephan Berger, est enthousiaste quant à la renaissance de cet instrument rare : "Le Serpentino a été utilisé il y a plus de 400 ans et a été le parrain d'instruments modernes tels que le saxophone et le tuba", explique-t-il. Bien que la maîtrise de l'instrument soit un défi ludique pour les musiciens, le son est incomparable, s'enthousiasme Berger. "Le Serpentino produit des sons riches en harmoniques et très touchants." À l'origine, l'instrument à vent était utilisé dans les églises pour soutenir le chant, car il couvre les registres de son de la voix humaine et peut donc "soutenir" un chœur, explique le luthier passionné.

Bien qu'aujourd'hui une tendance à la pratique de performances historiquement informées signifie que le Serpentino est très demandé, Stephan Berger n'est pas en mesure de fournir des instruments à ses clients : Les instruments originaux particulièrement courbés sont devenus rares. Car à l'intérieur du serpent des noix, non seulement un son incomparable est créé, mais une guerre fait rage : la condensation de l'air exhalé par les musiciens crée un microclimat humide qui offre d'excellentes conditions pour la croissance de toutes sortes de parasites. Ainsi, des microbes et des champignons décomposent les instruments séculaires et détruisent progressivement les derniers spécimens originaux.

Les fidèles répliques serpentines du projet de recherche doivent être durablement protégées de ces dommages. C'est là qu'intervient la mélanine des chercheurs de l'Empa : "Si nous pouvons utiliser une imprégnation de protection du bois à base de mélanine, nous pouvons sauver de la pourriture les serpentins nouvellement construits", dit Stephan Berger. D'autres instruments à vent en bois construits aujourd'hui avec des bois locaux moins résistants pourraient également bénéficier d'un tel revêtement protecteur. La collaboration avec l'équipe de l'Empa pour la construction d'instruments est donc passionnante à plus d'un titre.