Le biomatériau durable pourrait déjà être utilisé comme système de carrelage pour des composants plus petits dans les bâtiments.
Les scientifiques ont testé avec succès un biomatériau à base de nanocellulose pour une architecture plus verte.
Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers et du Wallenberg Wood Science Center en Suède ont imprimé en 3D un matériau hydrogel composé de nanocellulose, une substance dérivée de fibres de cellulose présentes dans les plantes.
La technologie d’impression 3D à base de nanocellulose a été utilisée à une échelle beaucoup plus petite, principalement en biomédecine, en raison de la biocompatibilité et de l’humidité du matériau. Mais il n’a pas encore été utilisé comme matériau architectural, selon l’équipe de recherche.
« Il s’agit de la première tentative d’impression 3D à plus grande échelle et pour des applications architecturales. Le matériau a déjà été imprimé en 3D sous forme de très petits objets, dans le cadre de la recherche de l’industrie biomédicale. Mais c’est la première fois que nous l’appliquons à l’architecture », a déclaré à L’Observatoire de l’Europe Next Malgorzata A. Zboinska, professeure associée à l’Université de technologie Chalmers.
Selon le chercheur, la nanocellulose forme un matériau très léger lorsqu’elle est imprimée en 3D puis séchée. Cela signifie que tous les types de matériaux de remplissage légers que nous voyons aujourd’hui dans les bâtiments, tels que les moustiquaires de fenêtres, les stores de protection solaire, les systèmes de panneaux acoustiques et certaines parties des cloisons de séparation, pourraient être remplacés.
« Il existe un large éventail d’applications potentielles », a déclaré Zboinska.
L’équipe a commencé avec des prototypes aussi petits qu’une boîte d’allumettes et les a ensuite mis à l’échelle jusqu’au format actuel du papier A4. Il pourrait déjà être utilisé comme système de carrelage pour des éléments plus petits dans des bâtiments.
« Vous pouvez ainsi assembler plusieurs pièces ensemble, par exemple pour les utiliser comme revêtement mural, ou à la place du papier peint ou d’autres matériaux que nous avons dans les bâtiments. Mais bien sûr, il est possible d’augmenter encore plus l’échelle pour obtenir des pièces plus grandes qui pourraient couvrir des murs entiers », a déclaré Zboinska.
Pour produire un matériau imprimable en 3D, l’équipe de recherche a ajouté un matériau à base d’algues appelé alginate, qui rend le matériau nanocellulosique plus flexible une fois séché.
Travailler avec de l’hydrogel nécessite un calibrage méticuleux car il présente à la fois des avantages et des inconvénients.
« L’hydrogel a une propriété qui l’empêche de couler lorsqu’il est imprimé en 3D, donc il ne se liquéfie pas, il garde exactement la forme que nous souhaitons », a déclaré Zboinska.
« Par contre, comme c’est un hydrogel, il contient beaucoup d’eau. Il existe donc des défis liés au séchage du matériau où nous sommes confrontés à des retraits et à certaines déformations au sein du matériau. Mais cela peut également être atténué si nous concevons correctement les parcours d’impression 3D ».
Des matériaux de construction plus écologiques sont essentiels à une transition durable
Le secteur de la construction est responsable de plus de 35 % de la production totale de déchets dans l’UE, selon la Commission européenne et les experts estiment que des matériaux de construction plus écologiques sont essentiels à la transition vers un avenir durable, conformément au Pacte vert européen.
L’équipe de recherche affirme que la nanocellulose utilisée dans cette étude peut être facilement trouvée dans les forêts, les usines de papier et l’agriculture, comme les résidus de paille.
« Au lieu de transformer ces produits en déchets, nous essayons d’utiliser le matériau pour créer de nouveaux matériaux. Et il ne contient que ces très petites fibres de cellulose, mélangées à de l’eau », a expliqué Zboinska.
La technologie est également très économe en énergie grâce aux propriétés rhéofluidifiantes de l’hydrogel de nanocellulose.
Cela signifie que l’hydrogel de nanocellulose se liquéfie lorsqu’une pression est appliquée, ce qui lui permet d’être imprimé en 3D, mais lorsque la pression est supprimée, il conserve sa forme.
« Nous n’utilisons pas vraiment de chauffage. Nous imprimons en 3D à température ambiante, ce qui est très important si l’on considère la manière dont le matériau est fabriqué. La méthode de fabrication est également durable », a déclaré Zboinska.
La technologie n’est pas encore prête pour la construction de matériaux extérieurs et l’équipe de recherche continuera de se concentrer sur les applications intérieures.
L’équipe espère que des recherches comme celle-ci pourront offrir des connaissances fondamentales aux concepteurs et aux ingénieurs afin que « nos bâtiments soient beaucoup plus durables et écologiques » à l’avenir.
« Le plan est de continuer à travailler sur l’évolutivité du matériau et éventuellement de préparer un prototype à grande échelle… Nous espérons obtenir une gamme d’applications aussi étendue que possible », a déclaré Zboinska.
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