Comment transformer un coquillage en cellule photovoltaïque

Prenez pour commencer un oursin plat (genre Mellita) communément appelé « dollar des sables ». Il est essentiellement composé de calcite, c’est-à-dire de carbonate de calcium. A l’état naturel, le calcium peut être en partie remplacé par d’autres ions métalliques chargés positivement comme le magnésium, le zinc ou encore le baryum.

Choisissez ensuite une équipe de chercheurs, par exemple Willem Noorduin et ses collègues de l’AMOLF (un institut de recherche situé aux Pays-Bas). Faites-leur échanger dans la structure de l’oursin le baryum et le carbonate par des éléments bien précis, typiques de certains matériaux synthétiques utilisés pour la fabrication de cellules photovoltaïques. (Pour ceux qui ont quelques souvenirs de chimie, ces éléments sont d’une part le plomb sous sa forme d’ion : Pb2+ et d’autre part un halogénure, c’est-à-dire un ion dérivé d’un halogène comme par exemple le chlore ou le fluor.)

Pour le dire plus simplement peut-être, c’est exactement comme dans certains  commentaires des recettes de Marmiton : tel internaute a trouvé « délicieux » le gratin de courgettes à la feta mais comme il n’aime ni l’une ni les autres, il a mis des tomates à la place des courgettes et de la mozarella au lieu de la feta et franchement, « c’était super, les enfants ont adoré »…

Ici c’est pareil : après avoir substitué chaque ingrédient, les chercheurs ont obtenu une « perovskite » plomb-halogénure, connue comme matériau photovoltaïque à haut rendement, tout en conservant exactement la forme initiale, celle de l’oursin !

La perovskite ainsi obtenue a démontré la même efficacité dans l’absorption et la ré-émission de lumière que les perovksites sous forme de film, suggérant que cette méthode d’obtention pourrait être utilisée pour produire des composants optiques et électroniques en trois dimensions au lieu de deux, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux développements.

Photo : Noorduin lab, AMOLF

Pour en savoir plus : Glow-in-the-dark semiconductor seashells

La poésie dans le gobelet

Dans la série « on ne ne dit pas  » (par exemple : on ne dit pas « un potager » mais « un vieil ami »…), on ne devrait plus dire « les matières recyclées » mais « les matières première secondaires ». Car qui dit « recyclé » pense souvent « déchet », ce qui manque singulièrement d’attrait avouez-le.

Pour rendre le déchet plus attractif et nous convaincre de l’intérêt de la ré-utilisation de nos objets en fin de vie, il n’y a pas que les tours de passe-passe du vocabulaire, heureusement. Il y a aussi des artistes comme l’Américaine Tara Donovan, qui transforme les pailles et les gobelets en plastique, les assiettes en carton ou encore les fils de pêche en œuvres aussi spectaculaires que délicates. Et le plastique redevient fantastique…

Cette photo et d’autres sont à retrouver sur : Collectif textile, Tara Donovan

Les biosourcés ou comment distraire le fils des voisins

Vous connaissez l’histoire des papous ? Vous savez, il y a les papous à poux et les papous pas à poux mais aussi les papous papas et les papous pas papas… Pour le développement du sujet, je vous renvoie à Gaston Lagaffe. En fait, je voulais plutôt vous parler des bioplastiques parce que c’est un peu comme les papous : il y a des sous-catégories assez subtiles !

Nombreux sont ceux qui pensent qu’un « bioplastique » est un plastique « biodégradable », donc qui se dégrade à plus ou moins longue échéance sous l’action de micro-organismes tels que des bactéries ou des champignons. Mais ce n’est pas si simple. Aujourd’hui, le terme de « plastique biosourcé » est  préféré au terme de « bioplastique » car il reflète mieux l’origine de la plupart des bioplastiques. Etre biosourcé signifie être d’origine renouvelable, par exemple être issu de la canne à sucre, de la betterave, de la graine de ricin, de la caséine du lait et j’en passe, par opposition à « être d’origine fossile » c’est-à-dire issu du pétrole ou du charbon.

Mais, tout comme il y a des papous à poux et des papous pas à poux,  il y a des biosourcés biodégradables et des biosourcés pas biodégradables ! Dans la première catégorie on trouve entre autres le PLA ou acide polylactique. Dans la seconde, le bio-PE ou bio-polyéthylène : un cousin du polyéthylène conventionnel donc « fossile ». Mais il ne faudrait pas oublier les biodégradables qui ne sont pas biosourcés : des « pas papous à poux » en somme, par exemple le polycaprolactone !

On peut regretter que des terres cultivables soient utilisées in fine pour faire pousser des plastiques. Si l’on en croit l’Institut des bioplastiques et biocomposites de Hanovre, les besoins actuels pour ce type d’application s’élèvent à 15,7 millions d’hectares soit 0,3% des surfaces agricoles totales ou 1% des terres cultivables.

On peut aussi se demander s’il est judicieux d’utiliser des cultures alimentaires telles que la canne à sucre ou le maïs pour en faire des matériaux, quand dans le monde une personne sur neuf souffre de la faim. Là encore ce n’est pas si simple : tous les biosourcés ne sont pas issus de ressources alimentaires. Le polyamide 11 par exemple, commercialisé par la société ARKEMA sous le nom Rilsan®, est issu de la graine de ricin qui n’est pas comestible. Il existe depuis soixante-dix ans et vous l’avez forcément déjà croisé sans le savoir : il revêt les paniers de lave-vaisselle, on en fait des tubes pour l’automobile ou… des semelles de chaussures de sport. Usain Bolt ou Antoine Griezman lui doivent une partie de leurs performances. En outre, l’industrie tente désormais d’utiliser des matières premières dites de « seconde génération » : la paille de blé, les cannes de maïs, la bagasse (le résidu des tiges de cannes à sucre dont on a extrait le jus), bref les « déchets » de l’industrie agro-alimentaire, jusqu’alors pas ou très peu valorisés.

Qu’en est-il de l’aptitude de ces « nouveaux » plastiques au recyclage ? Car s’il est intellectuellement séduisant de réduire notre consommation de ressources fossiles pour fabriquer nos matériaux, nous ne pouvons pas pour autant nous désintéresser de leur fin de vie. Un plastique reste un plastique : mieux vaut éviter de le retrouver dans l’estomac d’une tortue ou dans notre salière, qu’il soit issu de pétrole ou de résidus végétaux. Les filières de recyclage du PE (dont on fait notamment les célèbres « Tupperware ») et du PET (votre bouteille d’eau) conventionnels par exemple, sont bien établies et le bio-PE ou le bio-PET y ont d’ores et déjà leur place. Pour d’autres, par exemple le PLA, c’est une autre histoire : on ne peut le mélanger à ses petits camarades et il existe à date peu de recycleurs du PLA. Enfin, il y a « compostable » et « biodégradable ». Et dans « compostable », il y a ce qui est compostable dans le composteur du jardin et ce qui est compostable dans des conditions spécifiques, c’est-à-dire en usine spécialisée !

Alors, êtes-vous prêts à raconter cette histoire au fils de vos voisins pour qu’il soit sage pendant leur absence ou préférez-vous les papous ?

 

L’ours, le lapin et le militaire

L’ours polaire est blanc pour mieux se fondre dans le décor de glaces qu’il habite et sa fourrure épaisse lui tient chaud. Certes. Mais pas seulement. Comme d’habitude, le sujet n’est pas tant la quantité que la qualité : un poil d’ours (à gauche sur la photo) observé de -très- près est en fait plein de trous en son centre et cette structure poreuse en fait un fantastique isolant.

Sous la houlette de Hao Bai, une équipe de recherche chinoise s’est inspirée des poils de l’ours pour créer un textile synthétique « intelligent » alliant d’excellentes propriétés d’isolation thermique à une parfaite respirabilité. Elle a conçu un dispositif lui permettant de produire une fibre à base de molécules de soie et d’eau. Puis, l’eau contenue dans la fibre est refroidie, ce qui provoque l’apparition de cristaux de glace entre les molécules de soie. La glace est ensuite éliminée, créant une multitude de « vides » dans la fibre (à droite sur la photo).

Les chercheurs ont tissé des couvertures à partir de cette fibre et en ont enveloppé des lapins : l’isolation thermique était si parfaite que des capteurs de température n’ont pas pu détecter la chaleur des corps des lapins ! En somme, ils ont inventé la cape d’invisibilité… thermique. Les applications pourraient être industrielles et militaires.

 

Photo : Y. Cui et al./Adv. Mater.

Pour en savoir plus :

A thermal-invisibility cloak spun from silk and ice

A Thermally Insulating Textile Inspired by Polar Bear Hair

 

La SFIP invite le CEEBIOS pour une conférence sur le biomimétisme

A l’issue de son Assemblée Générale qui s’est tenue à Paris le 12 avril dernier, la SFIP (Société Française des Ingénieurs des Plastiques) a accueilli Laura Magro, chargée de mission au CEEBIOS (Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme de Senlis), pour une conférence inspirée et inspirante sur le biomimétisme.

Je ne redéfinis pas la notion de biomimétisme, préférant vous renvoyer à mes précédents articles sur le sujet, sinon vous m’accuseriez de radoter !

Je reprends juste deux exemples assez connus de produits bio-inspirés. Commençons avec la bardane, dont les fruits sont munis de crochets destinés à faciliter la dispersion des graines en s’accrochant à tout ce qui passe près d’eux, notamment les poils de votre chien. C’est ce qu’a remarqué George de Mestral après une balade avec le sien et ce qui l’a amené à inventer le Velcro en 1941. Et si vous préférez la pêche à la randonnée, je vous propose le Shinkansen, le train à grande vitesse japonais, dont le « nez » est inspiré du bec du martin-pêcheur.

L’évolution du nombre de publications scientifiques sur le sujet montre que l’intérêt pour cette discipline explose littéralement depuis le début des années 2000. Pourquoi maintenant ? Parce que la progression des connaissances, notamment dans le domaine de la biologie, se combine à la nécessité actuelle de prendre en compte les impacts sociétaux et environnementaux de notre développement : il est urgent d’innover autrement et de faire preuve d’humilité face à l’extraordinaire complexité du vivant.

Comment mieux utiliser l’énergie solaire et réduire notre dépendance aux énergies fossiles ? Comment colorer sans pigment ni peinture ? Comment coller sans colle ? Comment fabriquer nos matériaux dans l’eau, à température et pression ambiantes ? Comment stocker la nourriture, purifier l’eau, utiliser l’intelligence collective… Autant de questions épineuses pour nous auxquelles la nature sait depuis longtemps trouver des réponses durables.

Lors de cette conférence, j’ai découvert que la France possède le plus grand espace maritime au monde, 10% de la biodiversité mondiale connue (grâce à l’Outre-mer) et conserve 75 millions de spécimens au Museum d’Histoire Naturelle de Paris. Alors au fond, peu importe au fond de savoir si c’est Voltaire ou Ben Parker (l’oncle de Peter Parker alias Spiderman) qui a dit qu’un grand pouvoir impliquait de grandes responsabilités : avec un pareil patrimoine naturel et scientifique, nous n’avons qu’à ouvrir les yeux et retrousser nos manches pour innover autrement et durablement. On dénombre d’ailleurs dans notre pays environ 175 équipes de recherche qui travaillent sur le biomimétisme et 100 entreprises qui s’inspirent de cette démarche.

Le CEEBIOS a pour vocation de fédérer ce réseau de compétences, de contribuer à la formation et d’accompagner des projets innovants : pour vous aider dans votre démarche de bioinspiration, contactez-le ! Quant au prochain événement de la SFIP, retrouvez-en le programme ici.

 

Photo : Vincent van Zalinge sur Unsplash

La tortue, reine de la glisse

Le ski idéal doit paraît-il allier rigidité pour accrocher la neige dans les courbes et souplesse pour être maniable en entrée et en sortie de virage. Or les skis actuels sont soit souples, pour les skieurs intermédiaires, soit rigides pour les experts. Pour réunir ces deux caractéristiques apparemment incompatibles, Véronique Michaud, du laboratoire de technologie des composites et polymères de l’EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne), a eu l’idée de se baser sur la morphologie de la tortue alors qu’elle assistait à un séminaire sur les matériaux bio-inspirés.

«Les écailles de la tortue sont imbriquées entre elles, à l’image d’un puzzle et liées par un polymère» explique la chercheuse. « Lorsque les tortues respirent, les écailles s’écartent légèrement, et la surface est souple. Mais lorsqu’un choc survient, la carapace se bloque et se rigidifie. J’ai tout de suite pensé que l’on pourrait implémenter ces caractéristiques dans un ski. » Cette idée s’est concrétisée dans un partenariat entre l’EPFL et l’entreprise suisse Stöckli.

Pour reproduire ce phénomène, la solution la plus efficace consiste à placer à l’intérieur du ski une plaque d’aluminium dotée d’une fente en forme de serpent judicieusement placée à l’avant et à l’arrière. Lorsque le ski se plie dans un virage, les plaques de chaque côté de la fente s’imbriquent entre elles, et le ski se rigidifie, ce qui permet d’effectuer des virages précis et stables. A la sortie du virage, la fente dans la plaque s’écarte légèrement, le ski redevient souple, et il est possible de conduire le ski avec une grande finesse. «Ici, l’aluminium se comporte comme les écailles, et une couche spéciale en caoutchouc entre les couches représente le polymère de la carapace» précise Véronique Michaud.

Les skis équipés de cette solution baptisée « turtle shell » sont en vente depuis 2016, « aussi bien pour des skieurs moyens, qui cherchent à déclencher des virages sans trop d’efforts, que pour des skieurs aguerris, qui pourront en tirer le meilleur parti ».

Pour ma part et sur la base de ma seule première étoile, je m’en tiendrai aux raquettes et partirai à point.

 

Photo : Mauro Paillex sur Unsplash

Pour aller plus loin :

Des skis inspirés des écailles de tortue

Stoeckli turtle-shell technology

 

Le téléphone de Neo ou le sac de Deckard ?

Mercredi, c’est jour de sortie (au cinéma) :

Fans de MATRIX, sachez qu’en mai vous pourrez vous offrir le « NOKIA 8810 4G reloaded » : une réédition du téléphone célèbre pour son rôle dans la trilogie. Vous pourrez le choisir en noir, comme Neo. Ou en jaune, si vous aimez les bananes.

Vous préférez Blade Runner, son décor « urbain poisseux », ses myriades d’enseignes et de néons, sa pluie incessante et ses foules denses et oppressantes ? Le couturier belge Raf Simons a imaginé pour EASTPAK une série limitée de sacs à dos pour la saison printemps /été 2018 inspirée par « l’esthétique cyberpunk de Blade Runner » mêlée à des éléments de design industriel « dans l’espoir de fournir une interprétation alternative de la culture de rue asiatique », ouf !

Concrètement, comment traduit-on l’esthétique cyberpunk ? Tout simplement semble-t-il avec du PVC (polychlorure de vinyle) à moins de 2 € le kilo. Quand on aime (le cinéma) on ne compte pas : le sac, proposé à 200 livres sterling, est déjà épuisé : y aurait-il plus de réplicants qu’on ne l’imagine ?

Des voitures à croquer

Dans les années 30, Henry Ford avait demandé à ses bureaux d’études de plancher sur l’introduction de matériaux biosourcés (1) dans les voitures. C’est ainsi que fut présentée le 14 août 1941 la Hemp Body Car : la voiture à carrosserie en chanvre. Si le châssis et quelques renforts étaient encore métalliques, la carrosserie était à base de graines de chanvre et de soja, de fibres de sisal et de paille de blé !

Quatre mois plus tard, l’attaque de Pearl Harbor entraînait les Etats-Unis dans la seconde guerre mondiale, remisant la voiture au garage. Un garage dont elle ne ressortit pas après le conflit : le pétrole n’était pas cher, les polymères synthétiques en profitaient pour prendre leur envol…

Un peu moins de cent ans se sont écoulés et le contexte économique et environnemental a bien changé. Où en est FORD avec « la paille et le grain » ? Si l’on en croit un article de Plastics Technology, Henry Ford serait ravi de constater que ses équipes avancent sur le sujet.

Quelques exemples ? FORD a introduit en 2008 sur la Mustang des mousses à base d’huile de soja pour les sièges et les appuie-têtes. Depuis 2011, ces mousses sont utilisées sur tous les véhicules commercialisés en Amérique du Nord. La paille de blé remplace le talc comme renfort dans le plastique (du polypropylène ou PP) des habillages intérieurs avec à la clé un allègement de l’ordre de 10%. Le constructeur travaille avec un fabricant de ketchup sur la ré-utilisation de ses peaux de tomate ainsi qu’avec un producteur de tequila dont les fibres d’agave (après extraction du jus destiné à la distillation) pourraient également être à l’origine de nouveaux matériaux.

FORD étudie aussi de près les algues et même le pissenlit russe (Taraxacum kok-saghyz). Car le pissenlit est une source de latex, comme l’hévéa. Si, si, vous le saviez forcément : qui n’a pas cueilli au moins une fois un pissenlit pour souffler sur son aigrette et se poisser les doigts avec le suc s’écoulant de la tige coupée ? Ce suc, c’est du latex et du latex on fait tout simplement… des pneus.

 

(1) Un matériau « biosourcé » est fabriqué à partir de ressources renouvelables (maïs, lin, algues…) et non pas de ressources fossiles comme le pétrole et le charbon.

Jin, la chaise « 100% bio » : info ou intox ?

Qu’est-ce qu’un matériau composite ? C’est un matériau constitué d’au moins deux composants : une « matrice » qui assure la protection et la cohésion de la structure et un « renfort », qui assure la tenue mécanique. Ces deux matériaux ne se mélangent pas, mais leurs propriétés se complètent. Le béton armé par exemple est un composite béton/acier. L’aéronautique est gourmande de composites depuis ses débuts, l’automobile espère perdre un peu de poids grâce à eux (ce qui n’est pas gagné, pour diverses raisons dont nous reparlerons peut-être dans un autre article)… Mais l’un des inconvénients à mélanger ainsi des composants différents, c’est la difficulté en fin de vie à les séparer pour les recycler.

OFFECCT est un éditeur suédois de mobilier contemporain qui s’engage dans la création de meubles durables et a présenté en février dans le cadre de la « Stockholm Furniture Fair » une chaise du designer japonais Jin KURAMOTO revendiquée comme « 100% bio » (à droite sur la photo). La chaise est en effet constituée d’un renfort en fibres de lin et d’une matrice en PLA (ou acide polylactique), un polymère biodégradable issu de ressources renouvelables telles que la canne à sucre ou le maïs. L’association des fibres de lin et de la résine confère légèreté et résistance à cette chaise.

A priori, le mélange lin/PLA semble en effet intéressant du point de vue environnemental. Mais il ne suffit pas d’être « théoriquement » durable et recyclable, encore faut-il l’être concrètement et surtout économiquement : certains plastiques recyclables dans le principe ne sont en fait pas recyclés car il n’existe pas de filière de recyclage économiquement rentable. Dans le cas de la chaise JIN (du nom de son créateur), il est intéressant de noter à gauche sur la photo sa petite sœur jumelle en… fibres de carbone. S’il s’agit de « vraies » fibres de carbone, alors elles ne sont pas d’origine renouvelable et leur recyclage n’est à ce jour pas une réalité. Nous prendrait-on pour des bleus à vouloir ainsi tout peindre en vert ?

 

Photo : OFFECCT

Betterave n°1

Agronome de formation, Céline Corpel a repris en 2004 la ferme familiale à Amifontaine dans l’Aisne. Accompagnée par PUR Projet et un grand nom français de la cosmétique et des parfums, elle associe un projet d’agroforesterie à la culture de la betterave sucrière.

L’agroforesterie consiste à intégrer des arbres et des arbustes dans les systèmes agricoles de culture ou d’élevage pour améliorer la qualité de la production et la pérenniser. Les arbres restituent notamment de la matière organique via les feuilles qui tombent au sol et la décomposition des racines : 40 % de la biomasse d’un arbre retourne au sol chaque année. La création d’un micro-climat sur la parcelle protège également les cultures et les animaux des stress thermiques et hydriques. L’arbre pourrait permettre d’amortir les accidents climatiques, en partie responsables de la stagnation des rendements des céréales en Europe. Les racines améliorent l’infiltration du ruissellement, limitent l’évaporation du sol…

Cette démarche appliquée à la culture de la betterave sucrière a donc entre autres pour ambition une production d’alcool plus respectueuse de l’environnement.

En décembre 2016, plus de deux mille arbres ont ainsi été plantés : alisiers, aulnes, cerisiers, charmes, cormiers, cornouillers, érables, fusains, noisetiers, noyers, merisiers, poiriers, pruneliers, sureaux, tilleuls, troènes… L’ensemble de la plantation représente environ 7% de la surface de la parcelle, désormais hors culture. Mais le groupe cosmétique qui accompagne Céline Corpel est prêt à acheter plus cher un alcool produit de façon responsable.

On raconte souvent que, quand on lui demandait ce qu’elle portait pour dormir, Marilyn Monroe répondait « Chanel n°5 ». Vous pourriez bientôt répondre à cette même question « Betterave bio n°1 ».