Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers, en Suède, ont mis au point un nouveau matériau entièrement biosourcé à partir d’un ingrédient pour le moins inattendu : la levure. Crédit : Université de technologie Chalmers | Henrik Sandsjö
Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers ont mis au point un nouveau matériau entièrement biosourcé à partir d’un ingrédient pour le moins inattendu : la levure. Ce matériau est imprimé en 3D et personnalisé pour être utilisé dans des éléments architecturaux et de design d’intérieur actuellement fabriqués à partir de matériaux non renouvelables ou d’origine fossile, tels que le plâtre, le plastique ou les textiles synthétiques. Il peut s’agir, par exemple, de panneaux modulant la lumière du jour et protégeant du soleil, de cloisons ou de systèmes muraux.
Le secteur de la construction est responsable d’une part importante des émissions mondiales et de la consommation de ressources, d’où l’impérieuse nécessité de développer des alternatives renouvelables et économes en ressources. Dans une nouvelle étude, une équipe de recherche de Chalmers examine comment les résidus industriels peuvent servir à créer de nouveaux matériaux favorisant une plus grande circularité dans l’architecture et le cadre bâti.
Ce nouveau matériau est composé de levure de boulanger, de fibres de cellulose issues du bois, d’alginate d’algues, de glycérol d’origine végétale et d’eau. L’ensemble forme un hydrogel, une matière souple, gélatineuse et malléable, imprimable en 3D.
« J’ai toujours été fascinée par l’alliance de l’architecture et des matériaux vivants, et cette recherche vise précisément à créer un matériau architectural entièrement composé d’ingrédients organiques et renouvelables. En combinant les biomatériaux à la fabrication numérique, nous pouvons adopter une approche novatrice pour la conception et la production d’éléments architecturaux », explique Malgorzata Zboinska, professeure au département d’architecture et de génie civil de Chalmers et responsable de l’étude récemment publiée.
Conception zéro déchet grâce à l’impression 3D
Ce projet allie design, innovation des matériaux et technologies de fabrication avancées. La première étape du processus s’apparente à la pâtisserie, mais dans un ordre légèrement inversé. On commence par chauffer la levure pour la désactiver, puis on mélange les différents ingrédients jusqu’à obtenir une pâte homogène. Les éléments architecturaux sont ensuite fabriqués par impression 3D sous pression, à température ambiante. Ce procédé ne nécessite ni chauffage énergivore ni structures de support supplémentaires.
« L’impression 3D permet de créer des formes complexes sans produire de déchets. Nous pouvons concevoir et fabriquer le matériau directement, avec un contrôle précis de sa forme, de sa texture et de sa répartition », explique Yagmur Bektas, doctorant au département d’architecture et de génie civil de Chalmers et co-auteur de l’étude.
En modifiant légèrement la formule, on peut ajuster la transparence, la couleur et la texture de surface du matériau, ce qui le rend idéal pour des applications intérieures telles que la modulation de la lumière naturelle et la protection contre les rayons du soleil pour les écrans, les panneaux muraux ou les cloisons. À long terme, ce matériau à base de levure pourrait également devenir une alternative écologique aux plastiques et autres produits dérivés du pétrole, comme les textiles synthétiques.
Selon la composition de la formule, le matériau arbore une teinte naturelle allant du jaune au brun. La couleur peut être modifiée à l’aide de pigments naturels ou de souches de levures colorées produisant des pigments. Il est également possible de créer différents motifs, de moduler la transparence du matériau et d’en varier le toucher.
De la boulangerie au brassage en passant par la construction
L’utilisation de la levure comme composant matériel est une piste qui n’a pas encore été explorée en architecture.
« La levure se développe de façon exponentielle. Elle ne nécessite pas d’environnements strictement contrôlés et n’est pas particulièrement sensible à la contamination. Comme elle est constituée d’organismes unicellulaires, nous pouvons produire un matériau plus homogène et prévisible », explique Malgorzata Zboinska.
Ce qui rend la nouvelle formule des chercheurs unique, c’est que la levure n’est pas utilisée de manière classique pour la fermentation, mais comme biomasse. Elle devient alors un composant robuste qui confère au matériau son volume, sa stabilité et sa résistance. Malgorzata Zboinska souligne également le potentiel d’utilisation des sous-produits d’industries telles que la brasserie et l’agriculture, car certains de ces produits sont souvent jetés. Les résidus impropres à l’alimentation humaine ou animale pourraient ainsi être utilisés en architecture.
Concevoir avec la nature
Contrairement aux matériaux de construction traditionnels, conçus pour durer le plus longtemps possible, les matériaux biosourcés offrent de nouvelles perspectives sur le développement durable et le cycle des matériaux. Ce matériau à base de levure est biodégradable et peut retourner à la nature après usage – un aspect essentiel de l’économie circulaire.
« Cela remet en question l’idée traditionnelle selon laquelle les matériaux doivent durer éternellement, ou du moins avoir une durée de vie physique aussi longue que possible. Au contraire, nous pouvons envisager des cycles de vie plus courts et même considérer le vieillissement ou la dégradation du matériau comme faisant partie intégrante de sa conception », explique Malgorzata Zboinska.
Des matériaux auto-réparateurs ou purificateurs à l’horizon
Bien que les résultats soient prometteurs, des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que ce matériau puisse être largement utilisé dans le bâtiment. Les études futures évalueront des propriétés clés telles que la résistance, la sécurité incendie et la tenue à l’humidité, ainsi que le développement d’une fabrication numérique à grande échelle et la mise au point de structures plus robustes et résistantes.
« L’avenir des matériaux vivants architecturaux est prometteur, offrant un potentiel considérable de personnalisation pour répondre à une multitude de besoins. On pourrait imaginer, par exemple, des matériaux auto-réparateurs ou des matériaux purificateurs d’air qui neutralisent les substances nocives et les polluants. Ce que nous avons accompli jusqu’à présent constitue une première étape importante vers la création d’un tout nouveau type de matériau architectural. On peut dire que nous posons les fondements de développements futurs qui allient durabilité, fonctionnalité et design de manière inédite », explique Malgorzata Zboinska.
Plus d’informations sur le matériau et son mode de fabrication :
Le matériau est composé de levure de boulanger (levure sèche), de fibres de cellulose (issues du bois), d’alginate (issu d’algues brunes), de glycérol (d’origine végétale) et d’eau. Chaque composant remplit une fonction spécifique. Le glycérol agit comme plastifiant et confère de la flexibilité, tandis que l’alginate assure la stabilité dimensionnelle nécessaire à l’impression 3D.
La cellulose contribue également à la stabilité dimensionnelle et joue un rôle structurel, assurant la résistance à la traction du matériau sous contrainte. La levure sert de liant pour tous les ingrédients et donne sa viscosité au mélange. Avant de mélanger les ingrédients pour former un hydrogel, les chercheurs désactivent la levure, une étape indispensable à la stabilisation du matériau. L’hydrogel est ensuite imprimé en 3D par pression d’air et laissé à sécher à température ambiante jusqu’à l’obtention de sa forme finale.
https://www.chalmers.se/en/current/news/premiere-of-architecture-made-from-yeast
