Au début, il y a la maische. Le mélange de malt et d'eau est brassé pendant plusieurs heures et chauffé en douceur. Le liquide qui en résulte s'appelle le moût et se transforme en bière au cours des étapes suivantes du processus. Le malt usé, appelé drêche de brasserie, suit un parcours beaucoup moins glorieux. La plupart du temps, il finit comme fourrage ou au compost.

Des chercheurs du laboratoire "Cellulose and Wood Materials" de l'Empa, sous la direction de Gustav Nyström, pensent qu'il y a plus à en tirer. Ils viennent de mettre au point un procédé permettant de produire de la nanocellulose de haute qualité à partir des déchets de brasserie – une matière première biodégradable polyvalente qui peut par exemple être transformée en emballages ou en matières plastiques renforcées par des fibres. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue "ACS Sustainable Chemistry & Engineering".

Structure poreuse typique de l'aérogel. Micrsocopie éelectronique, colorée. Image : Empa

La première auteure de l'étude, Nadia Ahmadi Heidari, est doctorante à l'"Isfahan Technical Univeristy". Elle est venue à l'Empa pour un an dans le cadre d'une bourse d'excellence de la Confédération suisse. Elle s'est particulièrement intéressée à la fabrication de matériaux d'emballage biodégradables à partir de résidus – l'un des points forts du laboratoire "Cellulose and Wood Materials". "Nous sommes très intéressés par l'exploitation de nouvelles sources de matières premières précieuses comme les fibres de cellulose et la lignine", explique Gustav Nyström.

Actuellement, les produits cellulosiques micro et nanofibrillés sont obtenus à partir de pâte de bois. Le bois peut toutefois être utilisé de manière plus judicieuse ailleurs. "Le bois absorbe très bien le CO₂ de l'atmosphère, mais sa croissance est lente", explique Gustav Nyström. "C'est pourquoi il convient beaucoup mieux à des applications de longue durée, par exemple dans la construction ou la fabrication de meubles".

Les plantes annuelles, qui poussent beaucoup plus vite, peuvent tout aussi bien fournir des matières premières, mais ne sont jusqu'à présent guère utilisées à cet effet. "Avec notre procédé, nous pouvons obtenir des matériaux de haute qualité à partir d'un résidu très bon marché et disponible en grandes quantités, qui est aujourd'hui en grande partie gaspillé", ajoute le chercheur de l'Empa Gilberto Siqueira, co-auteur du papier. "Cela profite également aux petites entreprises qui peuvent ainsi tirer le maximum des matières premières qu'elles utilisent déjà".

C'est d'une petite entreprise de ce type, la brasserie Pentabier à Dübendorf, que provenaient les drêches utilisées par les chercheurs pour leur expérience. Ils en ont extrait les fibres de nanocellulose et les ont transformées par lyophilisation en un aérogel. Ce matériau "aéré" contient de très nombreux pores, ce qui lui confère d'excellentes propriétés d'isolation thermique. Les aérogels peuvent être fabriqués à partir de différentes substances – les aérogels de silicate, utilisés dans la construction, sont particulièrement connus. Les aérogels à base de nanocellulose présentent des avantages supplémentaires : ils proviennent de sources renouvelables et sont biodégradables. L'objectif est de les utiliser pour les emballages, notamment des aliments sensibles à la température comme la viande.

Grâce à sa structure poreuse, l’aérogel obtenu est léger et possède une isolation thermique élevée. Image : Empa

Afin de sonder plus précisément le potentiel de la nanocellulose issue des drêches de bière, les chercheurs ont varié les différentes étapes de prétraitement et de fabrication et ont testé leurs effets sur le produit final. Ainsi, la qualité des fibres de nanocellulose obtenues est améliorée par le blanchiment et l'oxydation du matériau de départ. Différents procédés de congélation permettent de contrôler la taille et l'orientation des pores de l'aérogel, ce qui influe à son tour sur ses propriétés isolantes et mécaniques.

"Nous nous sommes efforcés de simplifier au maximum l'ensemble du processus", explique Gilberto Siqueira. Car pour trouver une application dans le monde réel, il ne faut pas seulement que le produit final soit convaincant – il doit aussi être aussi simple et bon marché que possible à fabriquer. C'est aussi pour cette raison que les chercheurs s'intéressent à la production de matières premières à partir de résidus. "Comparé aux résidus de l'industrie agricole, le bois est une source coûteuse de cellulose, et il a déjà tellement d'autres applications", dit Gilberto Siqueira. Dans le cadre d'autres projets de recherche, les scientifiques étudient donc d'autres résidus issus de l'industrie alimentaire et de la sylviculture. Et bien que Nadia Ahmadi Heidari soit déjà retournée à l'"Isfahan Technical University", les chercheurs de l'Empa prévoient une nouvelle publication en collaboration avec la jeune chercheuse, dans laquelle ils décriront plus en détail les aérogels de drêches de bière.