Ingo Burgert et son équipe de l'Empa et de l'ETH Zurich l'ont prouvé à maintes reprises :le bois est bien plus qu'un "simple" matériau de construction. Leurs recherches visent à étendre les caractéristiques existantes du bois de manière à ce qu'il soit adapté à des domaines d'application complètement nouveaux. Par exemple, ils ont déjà développé une haute résistance, bois hydrofuge et magnétisable. Maintenant, avec le groupe de recherche Empa de Francis Schwarze et Javier Ribera, l'équipe a développé un simple, procédé respectueux de l'environnement pour produire de l'électricité à partir d'une sorte d'éponge de bois, comme ils l'ont rapporté la semaine dernière dans le journal Avancées scientifiques .

Tension par déformation

Si vous souhaitez produire de l'électricité à partir du bois, l'effet dit piézoélectrique entre en jeu. La piézoélectricité signifie qu'une tension électrique est créée par la déformation élastique des solides. Ce phénomène est principalement exploité par la métrologie, qui utilise des capteurs qui génèrent un signal de charge, dire, lorsqu'une charge mécanique est appliquée. Cependant, ces capteurs utilisent souvent des matériaux qui ne sont pas adaptés à une utilisation dans des applications biomédicales, tels que le titanate de zirconate de plomb (PZT), qui ne peut pas être utilisé sur la peau humaine en raison du plomb qu'il contient. Cela rend également l'élimination écologique de PZT and Co assez délicate. Pouvoir utiliser l'effet piézoélectrique naturel du bois offre ainsi de nombreux avantages. Si vous réfléchissez plus loin, l'effet pourrait également être utilisé pour la production d'énergie durable. Mais avant tout, le bois doit avoir les propriétés appropriées. Sans traitement particulier, le bois n'est pas assez flexible; lorsqu'il est soumis à des contraintes mécaniques ; donc, seule une très faible tension électrique est générée lors du processus de déformation.

Du bloc à l'éponge

Jianguo Sun, un doctorat étudiant dans l'équipe de Burgert, a utilisé un procédé chimique qui est à la base de divers « raffinements » du bois entrepris par l'équipe ces dernières années :la délignification. Les parois cellulaires du bois sont constituées de trois matériaux de base :la lignine, hémicelluloses et cellulose. « La lignine est ce dont un arbre a principalement besoin pour atteindre de grandes hauteurs. Cela ne serait pas possible sans la lignine en tant que substance stabilisante qui relie les cellules et empêche les fibrilles de cellulose rigides de se déformer, " explique Burgert. Afin de transformer le bois en un matériau facilement déformable, la lignine doit être au moins partiellement « extraite ». Ceci est réalisé en plaçant du bois dans un mélange de peroxyde d'hydrogène et d'acide acétique. La lignine est dissoute dans ce bain acide, laissant une trame de couches de cellulose. « On profite de la structure hiérarchique du bois sans le dissoudre au préalable, comme c'est le cas dans la production de papier, par exemple, puis devoir reconnecter les fibres, " dit Burgert. L'éponge de bois blanche qui en résulte est constituée de fines couches de cellulose superposées qui peuvent facilement être comprimées ensemble puis se dilater pour reprendre leur forme d'origine - le bois est devenu élastique.

L'électricité des planchers en bois

L'équipe de Burgert a soumis le cube de test avec une longueur de côté d'environ 1,5 cm à environ 600 cycles de charge. Le matériau a montré une stabilité étonnante. A chaque compression, les chercheurs ont mesuré une tension d'environ 0,63 V, suffisante pour une application en tant que capteur. Dans d'autres expériences, l'équipe a essayé de faire évoluer ses nanogénérateurs en bois. Par exemple, ils ont pu montrer que 30 de ces blocs de bois, lorsqu'il est chargé parallèlement au poids corporel d'un adulte, peut éclairer un simple écran LCD. Il serait donc envisageable de développer un parquet en bois capable de convertir l'énergie des personnes marchant dessus en électricité. Les chercheurs ont également testé l'adéquation en tant que capteur de pression sur la peau humaine et ont montré qu'il pouvait être utilisé dans des applications biomédicales.

Candidature en préparation

Les travaux décrits dans la dernière publication de l'équipe Empa-ETH, cependant, va plus loin :l'objectif était de modifier le procédé de telle sorte qu'il ne nécessite plus l'utilisation de produits chimiques agressifs. Les chercheurs ont trouvé un candidat approprié qui pourrait effectuer la délignification sous la forme d'un processus biologique dans la nature :le champignon Ganoderma applanatum, les causes de la pourriture blanche du bois. "Le champignon décompose la lignine et l'hémicellulose du bois particulièrement doucement, " déclare Javier Ribera, chercheur à l'Empa, expliquant le processus respectueux de l'environnement. Quoi de plus, le processus peut être facilement contrôlé en laboratoire.

Il reste encore quelques étapes à franchir avant que le bois 'piezo' puisse être utilisé comme capteur ou comme plancher en bois générateur d'électricité. Mais les avantages d'un système piézoélectrique aussi simple et en même temps renouvelable et biodégradable sont évidents et sont maintenant étudiés par Burgert et ses collègues dans un projet de suivi. Et afin d'adapter la technologie aux applications industrielles, les chercheurs sont déjà en pourparlers avec des partenaires de coopération potentiels.