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La déstabilisation rend le bois plus stable

Le bois, ce paradoxe

11 nov. 2019 | STEPHAN KÄLIN

Le bois, un matériau high-tech? Grâce aux travaux de délignification du bois de Marion Frey, Tobias Keplinger et Ingo Burgert, on touche presque au but. Le matériau tiré du bois que l'équipe de chercheurs de l'Empa et de l'EPFZ a mis au point peut prendre toute sorte de forme, offre une résistance trois fois supérieure au bois d'origine et se prête aux applications les plus variées.

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Le casque de cycliste et l'élément mural de bois délignifié réalisés par la designer Meri Zirkelbach pour son travail de master. Image: Meri Zirkelbach (Lucerne School of Art and Design)

Le bois est le plus ancien matériau du monde. Il est léger, a de remarquables qualités mécaniques, pousse tout seul et, en prime, fixe le CO2. Ces deux dernières  caractéristiques expliquent que – dans le contexte de la crise climatique – on cherche à mieux l'utiliser, et plus souvent. C'est à quoi le groupe de chercheurs de l'Empa et de l'EPFZ dirigé par Ingo Burgert œuvre depuis des années. Objectif: améliorer les caractéristiques naturelles du bois et lui conférer de nouvelles propriétés afin d'en élargir les applications.

En collaboration avec Tanja Zimmermann, actuelle dirigeante du département «Matériaux fonctionnels» de l'Empa, Ingo Burgert présente déjà de stupéfiants objets de bois au module «Vision Wood» du bâtiment de recherche en grandeur nature NEST, tels que des poignées de porte en bois antibactérien, du bois minéralisé de bonne résistance au feu, une paroi d'affichage en bois magnétisé. Après environ trois années d'utilisation pratique dans l'appartement d'étudiants «Vision Wood», les deux premiers produits s'avèrent convaincants; le troisième doit encore être amélioré.

Par ses récents travaux de recherche, le groupe «Wood Materials Science» de l'EPFZ et de l'Empa a maintenant ouvert une nouvelle voie: «Nous avons trouvé un moyen d'améliorer nettement les caractéristiques mécaniques du bois et, en outre, de lui conférer plus facilement de nouvelles propriété», explique Burgert.

Souple quand il est humide, rigide quand il est sec
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Défait de sa lignine, le bois perd sa couleur. Compacté, il s'avère trois fois plus résistant que le matériau d'origine. Image: Empa / ETH Zürich

Le procédé passe par la délignification et le compactage. Du point de vue chimique, le bois se compose essentielle- ment de cellulose, d'hémicellulose et de lignine. La lignine empêche les longues fibrilles de cellulose de fléchir, les rigidifiant. «Nous la retirons du bois à l'aide d'un acide; nous retirons donc la colle naturelle du bois», explique Marion Frey qui termine actuellement une thèse dans l'équipe de Burgert. Le bois, ou plutôt sa cellulose résiduelle de couleur blanche peut prendre n'importe quelle forme à l'état humide. Les espaces intercellulaires qu'occupait la lignine absorbent l'eau, laquelle dissout les liaisons entre cellules, permettant toute sorte de manipulation. Lorsqu'on les sèche, les cellules s'accrochent les unes aux autres, recréant des liaisons rigides. Un compactage sous presse confère ensuite au matériau une rigidité et une résistance à la traction trois fois supérieures au bois de pin à l'état naturel. Revêtu d'une couche hydrofuge qui le protège de l'humidité, l'objet conserve la forme souhaitée.

Souplesse fonctionnelle pour des applications en automobile et aviation

L'extraction de la lignine a un autre effet sur le bois: elle en augmente la porosité. «C'est appréciable lorsqu'on cherche à lui confier de nouvelles fonctions, souligne Tobias Keplinger. L'espace libéré entre les cellules et dans les parois cellulaires per- met l'adjonction de substances lui conférant de nouvelles propriétés». Ainsi, on peut rendre le bois magnétique par infiltration d'oxyde de fer. Les expériences ont montré que le bois délignifié se lais- sait beaucoup mieux magnétiser que le bois naturel utilisé jusqu'alors dans l'unité «Vision Wood» du bâtiment NEST.

Les chercheurs pensent que leurs nouveaux matériaux trouveront de nombreuses applications dans l'automobile, l'aviation et l'industrie du meuble. Dans le cadre d'un travail de master, la designer Meri Zirkelbach a déjà concrétisé quelques idées de produits: un casque de cycliste, une garniture intérieure de portière de voiture et un rétroviseur.

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Information
Prof. Dr. Ingo Burgert
Cellulose & Wood Materials
Tél. +41 58 765 44 34

Rédaction / Contact médias
Stephan Kälin
Communication
Tél. +41 58 765 49 93

Lien
Site web du designer Meri Zirkelbach: white-wood.ch
Corrosion

Rien ne dure éternellement

Le mot «corrosion» vient du latin «corrodere», ronger. Il désigne la détérioration progressive d'un matériau par l'effet de substances agressives présentes dans l'environnement. Les spécialistes de l'Empa sont à l'avant-garde de l'étude de ce genre de phénomènes et trouvent souvent le moyen d'y remédier avant qu'ils ne provoquent des catastrophes telles que celle de Gênes. De plus.

Le verre résiste aux chocs

Incassable

Le verre peut-il fluer aux tempéra- tures ambiantes et résister ainsi aux chocs? C'est ce que prédisait une théorie des années 70. Des chercheurs de l'Empa en ont maintenant apporté la preuve. Ce résultat pourrait permettre d'imprimer des microstructures de verre en 3D. De plus.

Les vis en magnésium

Une vis soluble

Lorsqu'un os éclate, les chirurgiens en réunissent les fragments au moyen de vis orthopédiques. Les vis en magnésium qui se dissolvent lentement dans le corps épargnent au patient une opération supplémentaire, réduisant d'autant les risques d'infection. Mais ce qu'il advient de ces implants dans le corps reste mal compris. Des chercheurs de l'Empa analysent les mécanismes de corrosion du magnésium pour mettre au point les meilleurs alliages et vis orthopédiques à surface fonctionnalisée. De plus.

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