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Ce matériau inspiré de la nature peut-il remplacer le plastique ?

La quantité de plastique dans le monde pourrait bien tripler d'ici 2040. La pollution plastique est pourtant un désastre écologique. Non seulement sa production est génératrice de gaz à effet de serre, mais nombreuses sont les espèces menacées par l'ingestion de plastique et de microplastique. Il faut y ajouter la dangerosité pour la santé humaine. Une équipe chinoise de nanochimistes planche sur une solution de remplacement qui, d'après eux, serait tout aussi utile, voire bien meilleure. Ils publient leurs recherches dans Nature, le 3 novembre 2020.

Leur solution est « bio-inspirée », ce qui signifie qu'elle repose sur des mécanismes tout droit sortis de la nature. La bio-inspiration, aussi appelée biomimétisme, est une démarche visant à s'inspirer du vivant dans les nouvelles technologies ou même l'architecture. L'approche prend de l'ampleur, ces dernières années.

Pour leur matériau, ces nanochimistres s'inspirent ainsi de la structure de la nacre, un revêtement cristallisé que l'on trouve dans la nature principalement parmi les coquillages (et qui est souvent utilisé pour son côté esthétique aux couleurs perlées).

La création d'un matériau entièrement naturel

La nacre est la source naturelle d'inspiration, mais ne compose pas le matériau qu'ils ont inventé -- c'est là toute la subtilité du principe de bio-inspiration, il s'agit en premier lieu de reproduire, différemment, ce que fait le vivant. En l'occurrence, les nanochimistes ont reproduit une structure similaire à la nacre à partir de deux matériaux naturels : du mica (un minerai que l'on trouve dans de la roche) et de la cellulose (issue des arbres).

Grâce à une technique qu'ils appellent « assemblage par déformation directionnelle », ils ont relié ces deux matériaux en les comprimant à l'échelle microscopique. L'idée est de créer une structure très ordonnée faite « de briques et de mortiers », le mica rocheux servant de briques et la cellulose servant de mortier. C'est une méthode « robuste et simple, en une seule étape » permettant de créer un matériau proche de la nacre de manière rapide et peu coûteuse, expliquent les auteurs.

Comparé au plastique, est-ce mieux ?

Les nanochimistes chinois à l'origine de cette invention ont comparé les performances de leur matériau avec le plastique. Le résultat en fait un solide concurrent. « Grâce à cet assemblage par déformation directionnelle simple et efficace (...), nous pouvons fabriquer un matériau structurel entièrement naturel et bioinspiré, qui possède de meilleures propriétés mécaniques et thermiques que les plastiques à base de pétrole », écrivent-ils dans leur papier de recherche.

Ce matériau, qui n'a pas encore de nom, remplit en effet toutes les cases :

une haute résistance,

une haute rigidité,

une haute ténacité (résistance à la propagation d'une fissure),

une bonne stabilité thermique

et un faible coefficient de dilatation thermique (expansion en volume face aux changements de température).

Ce sont des facteurs qui rivalisent avec le plastique dans les usages possibles, en affichant même une meilleure performance sur le papier. « En tant que matériau structurel durable et performant, la production en masse de matériau structurel bioinspiré entièrement naturel peut être envisagée par cette méthode, ce qui en fait un concurrent de taille pour les plastiques. »

Cette invention rejoint les découvertes prometteuses qui nécessitent toutefois plus de recherches et de prototypes avant d'espérer la voir arriver dans notre vie quotidienne. Pour autant, cela montre que la bio-inspiration semble être l'une des voies à suivre pour créer des alternatives plus écologiques sans perdre en fiabilité ni faire forcément augmenter les coûts.