Une équipe de scientifiques internationaux a créé une nouvelle forme de isolation à faible coût basée sur les ailes d'une libellule.

Le matériel, connu sous le nom d'aérogel, est le matériau le plus poreux connu de l'homme et ultraléger, avec une pièce de la taille d'une voiture familiale pesant moins d'un kilogramme.

Commençant comme un gel de silice humide, de structure similaire à la gelée, le matériau est soigneusement séché pour créer une forte, matériau poreux. Mais jusqu'à maintenant, éliminer les molécules d'eau sans effondrer la fine structure de silice a été long, processus difficile et coûteux et, par conséquent, l'utilisation des aérogels s'est limitée à quelques tâches hautement spécialisées, comme la collecte de poussière d'étoiles dans l'espace.

Désormais une équipe d'experts dirigée par l'Université de Newcastle, ROYAUME-UNI, a réussi à reproduire à moindre coût le processus en imitant la façon dont la libellule dessèche ses ailes.

Au lieu de sécher la silice sous haute température et pression, l'équipe a utilisé du bicarbonate de soude (le même que celui utilisé pour faire lever les gâteaux) pour « souffler » les molécules d'eau, piégeant le gaz carbonique dans les pores.

Publier leurs résultats aujourd'hui dans la revue académique Matériaux avancés , l'équipe dit que la prochaine étape sera d'intensifier le processus pour créer des panneaux plus grands qui peuvent être utilisés pour isoler nos maisons et nos bâtiments.

Dr Lidija Šiller, co-auteur principal et scientifique à l'échelle nanométrique à l'Université de Newcastle qui a travaillé sur la recherche avec le Dr Xiao Han, Khalil Hassan et Dr Adrian Oila, également de l'Université de Newcastle, explique :

« Le potentiel de cette découverte en termes de réduction de la consommation d'énergie et donc de nos factures énergétiques est vraiment passionnant.

"Les aérogels sont un matériau incroyable - sûr, légers et dix fois plus isolants que ce que nous utilisons actuellement - mais jusqu'à présent, ils étaient hors de portée pour la majorité d'entre nous parce qu'ils sont si chers à fabriquer. Notre recherche est une étape vers leur large diffusion."

Apprendre de la nature

Les libellules appartiennent à l'ordre des insectes connu sous le nom d'Odonates, signifiant "mâchoire dentée" en raison de leurs pièces buccales dentelées.

"Ces insectes anciens existaient bien avant que les dinosaures n'évoluent, " explique Dejan Kulijer, du Musée national de Bosnie-Herzégovine.

"Ils sont l'un des groupes d'insectes les plus anciens à prendre leur envol et comprennent le plus grand insecte qui ait jamais vécu - le Griffenfly - qui avait une envergure de plus de 70 cm."

Leurs ailes sont poreuses, structure en couches similaire à un aérogel et sont si solides et légers qu'ils peuvent transporter l'insecte jusqu'à 30 miles en une heure.

"Les ailes d'une libellule sont un aérogel ultraléger - représentant moins de 2% du poids corporel total de l'insecte - et pourtant elles sont si fortes qu'elles peuvent transporter l'insecte sur des milliers de kilomètres à travers les océans et entre les continents, " dit le Dr Šiller, qui a travaillé sur la recherche avec des collègues de l'Université de Newcastle, Université de Durham et Université de Limerick, Irlande, ainsi que des experts du Musée national de Bosnie-Herzégovine.

"La majeure partie de son cycle de vie, la libellule passe sous l'eau au stade larvaire (période allant de 30 jours à plusieurs années). Le passage de la larve à l'insecte volant adulte représente des changements irréversibles dans la morphologie et la physiologie. Ce processus de métamorphose peut prendre entre 20 min et plusieurs heures, selon les espèces. Quand la libellule sort de sa peau larvaire, ses ailes sont comme de la gelée mais en très peu de temps elles se dilatent et durcissent pour devenir complètement sèches.

« Pour y parvenir, leur corps produit des molécules de bicarbonate qui libèrent du dioxyde de carbone gazeux qui régule la pression corporelle et dessèche les ailes en même temps. Cela « souffle » l'eau pour laisser un sec, stable, structure légère et solide.

"Nous avons reproduit ce processus en laboratoire avec l'aérogel, en soufflant l'eau à température ambiante et avec du bicarbonate de sodium."

Isolants idéaux

Les aérogels ont été découverts pour la première fois en 1931. Pesant généralement environ 0,1 g/cm3 et composé à 95 % d'air, ils ont une conductivité thermique similaire à un panneau sous vide, ce qui en fait des isolants idéaux - pas seulement pour garder la chaleur, mais aussi garder les maisons au frais.

Leurs propriétés isolantes et leur robustesse au vieillissement, l'humidité et la perforation en font des matériaux idéaux pour l'isolation des bâtiments mais jusqu'à présent, le coût de production élevé a limité leur utilisation.

En ajoutant des solvants de bicarbonate dans les gels de silice et en utilisant un procédé chimique innovant, l'équipe a forcé la production de dioxyde de carbone pour sécher le gel de l'intérieur vers l'extérieur. À la fois, le CO2 est piégé dans la structure délicate, empêchant l'effondrement de l'aérogel.

Co-auteur principal Dr Xiao Han, Université de Newcastle, a déclaré que la nouvelle technique réduirait le coût de production de 96% - d'environ 100 $ à 4 $ par kilogramme.

"Tout comme les ailes d'une libellule, notre matériau d'aérogel est composé de couches ultra-fines de silice, ce qui signifie que nous pouvons créer une structure plus solide. La prochaine étape consistera à étendre le processus pour produire des panneaux d'isolation qui peuvent être utilisés dans les maisons et les bâtiments pour aider à réduire notre consommation d'énergie et, finalement, nos factures."