Une dent fabriquée dans ce matériau, sur fond d’images de cellules de bois.
Lorsqu’il est question de matériaux d’origine végétale, beaucoup de gens s’imaginent quelque chose de « vert » mais de peu robuste. Ce n’est pourtant pas le cas d’un nouveau composite conçu par le MIT, qui est censé être aussi dur que l’aluminium et aussi résistant que l’os.
Le principal ingrédient de ce matériau est ce que l’on appelle des nanocristaux de cellulose (CNC). Ceux-ci sont obtenus – via un processus d’hydrolyse acide – à partir des fibres de cellulose qui constituent les parois cellulaires des arbres.
À l’échelle nanométrique, les CNC sont plus rigides et plus résistants que le Kevlar. Par conséquent, on espérait auparavant qu’en les ajoutant à des polymères existants, ils pourraient rendre ces derniers plus solides. Malheureusement, les CNC avaient tendance à s’agglutiner lorsqu’ils étaient ajoutés, et ils ne formaient que des liaisons faibles avec les molécules de polymère.
Afin de résoudre ces problèmes, le professeur A. John Hart et ses collègues ont commencé par mélanger de la poudre de CNC disponible dans le commerce avec un polymère liquide synthétique, dans un rapport optimisé pour produire un gel. Une sonde à ultrasons a ensuite été utilisée pour briser tout amas de CNC qui se serait formé. Cela a permis aux nanocristaux individuels de se disperser dans le gel et de former des liaisons solides avec les molécules de polymère.
Ensuite, une partie du gel a été extrudée par la buse d’une imprimante 3D, et une autre a été versée dans un moule. Dans les deux cas, une fois le gel séché et rétréci, le résultat final était un solide dur composé de 60 à 90 % de CNC.
En outre, il a été constaté que le composite présentait une microstructure de type brique et mortier, similaire à celle qui confère sa solidité à la nacre de certaines coquilles de mollusques. Il a été démontré que cette structure empêchait les fissures de se propager dans le matériau.
Des tests effectués sur des morceaux de film de la taille d’un centime d’euro fabriqués à partir du composite ont montré qu’il était « plus solide et plus résistant que certains types d’os, et plus dur que les alliages d’aluminium typiques ». Les chercheurs ont également fabriqué un modèle grandeur nature d’une dent humaine à partir du matériau, afin de montrer comment il pourrait un jour être utilisé pour produire des implants dentaires.
Dans l’intervalle, les scientifiques tentent de réduire au maximum le rétrécissement du composite lors de son séchage. Il serait alors adapté à la création d’objets plus grands, contrairement aux échantillons plus petits produits jusqu’à présent.
« En créant des composites avec des CNC à forte charge, nous pouvons donner aux matériaux à base de polymère des propriétés mécaniques qu’ils n’avaient jamais eues auparavant », a déclaré John Hart. « Si nous pouvons remplacer certains plastiques à base de pétrole par de la cellulose d’origine naturelle, on peut dire que c’est aussi mieux pour la planète. »
https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-021-04384-7
