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Bioproducts Engineered from Lignocelluloses: from plants and upcycling to next generation materials

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Transformer les plantes en matériaux de nouvelle génération

La recherche travaille actuellement sur des structures polymères à base de plantes pour en faire les matériaux innovants nécessaires aux exigences de la future bioéconomie européenne.

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À mesure que nous évoluerons vers une économie plus verte et plus durable, nous aurons besoin de nouveaux matériaux reposant sur des sources renouvelables. Les nanoparticules et microparticules de cellulose et de lignine sont des cibles prometteuses car elles sont biosourcées, c’est-à-dire produites à partir de plantes. Dans le cadre du projet BioELCell, financé par le Conseil européen de la recherche, les scientifiques ont mis au point de nouvelles méthodes pour désassembler les polymères d’origine végétale et les réassembler en matériaux fonctionnels qui soutiendront les futures bioéconomies en Europe et dans le monde. «BioELCell a mis au point des nanomatériaux à base de cellulose dérivés de ressources végétales, y compris de résidus de biomasse», explique Orlando Rojas, professeur invité à l’Université Aalto et ancien coordinateur du projet BioELCell.

Nanofabrication verte

BioELCell a conçu de nouvelles méthodes utilisant le traitement écologique et la nanofabrication pour créer une série de matériaux innovants à base de plantes. Pour l’essentiel, il s’agit d’isoler, de fractionner et de réduire la taille des structures polymériques présentes dans la nature. «Pour résumer, une déconstruction descendante conduit à des blocs de construction qui sont ensuite réassemblés dans de nouvelles structures, dans lesquelles les fonctions inhérentes aux matériaux sont utilisées, mais sous la forme d’architectures élaborées, en utilisant un processus de synthèse ascendant», explique Orlando Rojas.

Les nouveaux nanomatériaux font parler d’eux

L’équipe de BioELCell a créé plusieurs nouveaux matériaux qui ont suscité l’intérêt d’un large public et des médias. Il s’agit notamment de filaments produits à partir de nanocellulose, qui ont des applications dans le domaine biomédical en tant que matériaux électroactifs et structurels. Parmi les autres développements, citons le recyclage des déchets agroforestiers en filaments, films et matériaux imprimés en 3D. Ils peuvent être largement utilisés, par exemple pour l’adsorption du CO2, comme matériaux de construction et même comme structures de récifs artificiels. «BioELCell a élaboré de nouvelles méthodes de biofabrication pour créer des géométries complexes en guidant les micro-organismes (via l’aérotaxie) dans un processus de biofabrication, qui ont été étendues aux implants biomédicaux», ajoute Orlando Rojas. Les architectures obtenues à partir des déchets de taille des myrtilles ont été utilisées dans des conditions sous-marines, notamment dans le cadre d’expériences menées sur la côte de Cozumel, au Mexique, visant à soutenir la restauration des récifs coralliens.

Faire progresser la science des nanomatériaux

«Plus récemment, BioELCell s’est engagée dans des découvertes scientifiques qui ont eu des répercussions importantes dans le domaine des nanomatériaux basés sur la chitine et la lignine», note Orlando Rojas. Le premier est un biopolymère dérivé de la biomasse océanique (comme les résidus de crevettes et de crabes), de champignons et d’insectes, tandis que le second est une biomacromolécule aromatique que l’on trouve dans les plantes. BioELCell a spécifiquement mis au point un système d’aérosol pour produire des particules de lignine sèches qui ont été utilisées dans la stabilisation des émulsions, la capture du carbone, les couleurs photoniques et les bio-encres, entre autres. L’équipe a également utilisé l’apprentissage automatique pour concevoir des microstructures de tanin. En outre, en utilisant l’auto-assemblage de nanocristaux de cellulose induit par évaporation, ils ont créé une «super-colle» à base d’eau dont les performances sont comparables à celles d’équivalents microfabriqués à la pointe de la technologie. «De nombreuses applications plus avancées ont été mentionnées, par exemple dans les dispositifs biomédicaux, les capteurs et les matériaux énergétiques», explique Orlando Rojas.

Former de nouveaux partenariats

Sous l’égide de la Boreal Alliance et en tant qu’émanation de BioELCell, un lien étroit a été établi entre la Finlande et le Canada. Deux organisations de l’université d’Aalto et de l’université de Colombie-Britannique travaillent actuellement à la promotion de la bioéconomie circulaire dans le secteur forestier. L’objectif commun de ces organisations est de réduire les risques liés aux technologies permettant de transformer les ressources renouvelables en bioproduits, en encourageant l’application des connaissances et en ajoutant de la valeur à des matériaux qui sont autrement considérés comme des déchets.

Mots‑clés

BioELCell, lignine, nanocristaux, résidus, nanomatériaux, science, plantes, économie durable, matériaux

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