Les matériaux naturels modifiés seront une composante essentielle d'un avenir durable, mais d'abord une compréhension détaillée de leurs propriétés est nécessaire. La façon dont la chaleur circule à travers les parois cellulaires du bambou a été cartographiée à l'aide d'une microscopie thermique à balayage avancée, fournissant une nouvelle compréhension de la façon dont les variations de la conductivité thermique sont liées à la structure élégante du bambou. Les résultats, publié dans la revue Rapports scientifiques , guidera le développement de bâtiments plus économes en énergie et plus résistants au feu, fabriqué à partir de matériaux naturels, à l'avenir.

Le secteur du bâtiment représente actuellement 30 à 40 % de toutes les émissions de carbone, en raison à la fois de la production énergivore des matériaux (principalement de l'acier et du béton), et l'énergie utilisée pour chauffer et refroidir les bâtiments finis. Alors que la population mondiale augmente et devient de plus en plus basée dans les villes, les approches de construction traditionnelles deviennent insoutenables.

Renouvelable, les matériaux à base de plantes tels que le bambou ont un énorme potentiel pour des bâtiments durables et économes en énergie. Leur utilisation réduirait considérablement les émissions par rapport aux matériaux traditionnels, contribuer à atténuer l'impact humain sur le changement climatique. Cette approche aiderait également à garder le carbone hors de l'atmosphère en détournant le bois d'être brûlé comme combustible.

L'étude impliquait de scanner des coupes transversales de tissu vasculaire de bambou, le tissu qui transporte les fluides et les nutriments dans la plante. Les images résultantes ont révélé une structure fibreuse complexe avec des couches alternées de parois cellulaires épaisses et minces. Les pics de conductivité thermique au sein de la structure en bambou coïncident avec les parois plus épaisses, où les chaînes de cellulose - le composant structurel de base des parois cellulaires végétales - sont déposées presque parallèlement à la tige de la plante. Ces couches plus épaisses confèrent également au bambou sa résistance et sa rigidité. En revanche, les parois cellulaires plus minces ont une conductivité thermique plus faible en raison du fait que les chaînes de cellulose sont presque à angle droit par rapport à la tige de la plante.

"La nature est un architecte extraordinaire. Le bambou est structuré de manière vraiment intelligente, " dit Darshil Shah, chercheur au département d'architecture de l'université de Cambridge, qui a dirigé l'étude. "Il grandit d'un millimètre toutes les quatre-vingt-dix secondes, ce qui en fait l'un des matériaux végétaux à la croissance la plus rapide. A travers les images que nous avons collectées, nous pouvons voir qu'il le fait en générant une structure de fibre naturellement laminée en croix."

Alors que de nombreuses recherches ont été menées sur la structure cellulaire du bambou en relation avec ses propriétés mécaniques, presque aucun n'a examiné comment la structure cellulaire affecte les propriétés thermiques du matériau. La quantité de chauffage et de refroidissement nécessaire dans les bâtiments est fondamentalement liée aux propriétés des matériaux qui les composent, en particulier la quantité de chaleur qu'ils conduisent et stockent.

Une meilleure compréhension des propriétés thermiques du bambou permet de mieux comprendre comment réduire la consommation d'énergie des bâtiments en bambou. Il permet également de modéliser le comportement des composants de construction en bambou lorsqu'ils sont exposés au feu, afin que des mesures puissent être incorporées pour rendre les bâtiments en bambou plus sûrs.

"Les gens peuvent s'inquiéter de la sécurité incendie des bâtiments en bambou, " a déclaré Shah. "Pour résoudre ce problème correctement, nous devons comprendre les propriétés thermiques du matériau de construction. Grâce à notre travail, nous pouvons voir que la chaleur se déplace le long des fibres épaisses de la paroi cellulaire du bambou, supportant la structure, ainsi, s'il est exposé à la chaleur d'un feu, le bambou peut se ramollir plus rapidement en direction de ces fibres. Cela nous aide à déterminer comment renforcer le bâtiment de manière appropriée. »

Maintenant, les produits tels que le bambou laminé sont le plus souvent utilisés comme revêtements de sol en raison de leur dureté et de leur durabilité. Cependant, leur rigidité et leur résistance sont comparables aux produits en bois d'ingénierie, ce qui les rend également adaptés à des utilisations structurelles. "Le bois lamellé-croisé est un choix populaire de matériau de construction en bois. Il est fabriqué en collant ensemble des couches de bois scié, chacun à angle droit par rapport à la couche ci-dessous, " a déclaré Shah. "Considérer cela comme une structure naturelle en fibres de bambou est une source d'inspiration pour le développement de meilleurs produits de construction."

L'équipe de chercheurs, de l'Université de Cambridge et de l'Université des ressources naturelles et des sciences de la vie de Vienne, prévoit également d'examiner ce qui arrive au flux de chaleur dans le bambou lorsque sa surface est brûlée et forme du charbon. L'utilisation de la microscopie thermique à balayage pour visualiser la composition complexe des plantes pourrait également être utile dans d'autres domaines de recherche, comme comprendre comment les changements microstructuraux dans les tiges des cultures peuvent les faire tomber dans les champs, entraînant des pertes de récoltes.

Shah est membre du Centre interdisciplinaire d'innovation des matériaux naturels de l'Université de Cambridge, qui vise à faire progresser l'utilisation du bois dans la construction en modifiant les propriétés à l'échelle des tissus du bois pour le rendre plus fiable dans des conditions environnementales changeantes.