Le plastique nous donne un poids léger, matériau solide et peu coûteux à utiliser, mais cela a aussi causé l'apocalypse plastique. Une grande partie des déchets plastiques non recyclés finissent dans l'océan, Le dernier puits de la Terre. Brisé par les vagues, la lumière du soleil et les animaux marins, un seul sac en plastique peut devenir 1,75 million de fragments microplastiques. Ces microplastiques pourraient finalement se retrouver dans notre corps à travers le poisson que nous mangeons ou l'eau que nous buvons.

Au cours de l'évolution à long terme de la plupart des plantes sur terre, les matériaux à base de cellulose ont été développés comme leurs propres matériaux de support structurel. La cellulose des végétaux existe principalement sous forme de nanofibres de cellulose (CNF), qui ont d'excellentes propriétés mécaniques et thermiques. CNF, qui peut être dérivé de plantes ou produit par des bactéries, est l'une des ressources entièrement vertes les plus abondantes sur Terre. Le CNF est un bloc de construction à l'échelle nanométrique idéal pour la construction de matériaux macroscopiques hautes performances, car il a une résistance (2 GPa) et un module (138 GPa) plus élevés que le Kevlar et l'acier et un coefficient de dilatation thermique inférieur (0,1 ppm K ^-1 ) que le verre de silice. Sur la base de ce bloc de construction biosourcé et biodégradable, la construction de matériaux structurels durables et performants favorisera grandement le remplacement du plastique et nous aidera à éviter l'apocalypse du plastique.

De nos jours, une équipe dirigée par le professeur Shu-Hong Yu de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) rapporte un matériau structurel durable de haute performance appelé plaque de nanofibres de cellulose (CNFP) (Fig. 1a et c) qui est construit à partir de bio- à base de CNF (Fig. 1b) et prêt à remplacer le plastique dans de nombreux domaines. Le CNFP a une force spécifique élevée (~198 MPa/(Mg m ^-3 ))—quatre fois supérieur à celui de l'acier et supérieur à celui du plastique traditionnel et de l'alliage d'aluminium. En outre, Le CNFP a une ténacité spécifique plus élevée (~67 kJ m ^-2 /(Mg m ^-3 )) que l'alliage d'aluminium et seulement la moitié de sa densité (1,35 g cm ^-3 ).

Contrairement au plastique ou à d'autres matériaux à base de polymère, Le CNFP présente une excellente résistance aux températures extrêmes et aux chocs thermiques. Le coefficient de dilatation thermique du CNFP est inférieur à 5 ppm K-1 de -120 °C à 150 °C, qui est proche des matériaux céramiques, beaucoup plus faible que les polymères et les métaux typiques. De plus, après 10 fois de choc thermique rapide entre une étuve à 120 °C et les -196 °C d'azote liquide, Le CNFP maintient sa force. Ces résultats montrent sa stabilité dimensionnelle thermique exceptionnelle, ce qui permet au CNFP d'avoir un grand potentiel d'utilisation comme matériau de structure sous des températures extrêmes et un refroidissement et un chauffage alternatifs. De par sa large gamme de matières premières et son procédé de synthèse bio-assistée, Le CNFP est un matériau à faible coût—seulement 0,5 $/kg, qui est inférieur à la plupart des plastiques. Avec une faible densité, résistance et ténacité exceptionnelles, et une grande stabilité dimensionnelle thermique, toutes ces propriétés du CNFP surpassent celles des métaux traditionnels, céramiques et polymères (Fig. 1d et e), ce qui en fait une alternative performante et respectueuse de l'environnement pour l'ingénierie, notamment pour les applications aérospatiales.

Le CNFP a non seulement le pouvoir de remplacer le plastique et nous évite de nous y noyer, mais a également un grand potentiel en tant que prochaine génération de matériau structurel durable et léger.

L'étude est rapportée dans Avancées scientifiques .