Pourquoi les scientifiques fabriquent-ils du bois transparent ?

Il y a trente ans, un botaniste allemand avait un souhait simple : voir le fonctionnement interne des plantes ligneuses sans les disséquer. En blanchissant les pigments des cellules végétales, Siegfried Fink y est parvenu Créer du bois transparentIl a publié sa technique dans une revue spécialisée dans la technologie du bois. L’article de 1992 est resté le dernier mot sur le bois transparent pendant plus d’une décennie, jusqu’à ce qu’un chercheur nommé Lars Berglund tombe dessus.

Berglund s’est inspiré de la découverte de Fink, mais pas pour des raisons botaniques. Le scientifique des matériaux, qui travaille au KTH Royal Institute of Technology en Suède, est spécialisé dans les composites polymères et souhaitait trouver une alternative plus robuste au plastique transparent. Il n’était pas le seul à s’intéresser aux vertus du bois. De l’autre côté de l’océan, des chercheurs de l’Université du Maryland poursuivent un objectif connexe : exploiter le pouvoir du bois à des fins non conventionnelles.

Aujourd’hui, après des années d’expérimentation, les recherches sur ces groupes commencent à porter leurs fruits. Le bois transparent pourrait bientôt être utilisé dans la fabrication d’écrans de smartphones ultrarésistants ; Dans les luminaires à incandescence douce ; et même des éléments structurels, tels que des fenêtres aux couleurs changeantes.

« Je pense vraiment que ce matériau a un avenir prometteur », déclare Qiliang Fu, spécialiste des nanotechnologies du bois à l’Université forestière de Nanjing en Chine, qui a travaillé dans le laboratoire de Berglund lorsqu’il était étudiant diplômé.

Le bois est constitué d’innombrables petits canaux verticaux, comme un étroit paquet de paille maintenu ensemble par de la colle. Ces cellules en forme de tube transportent l’eau et les nutriments dans tout le corps. arbreLorsque l’arbre est récolté et que l’humidité s’évapore, des poches d’air subsistent. Pour créer du bois transparent, les scientifiques doivent d’abord modifier ou éliminer la colle, appelée lignine, qui maintient les faisceaux de cellules ensemble et donne aux troncs et aux branches la majeure partie de leur couleur brun terreux. Une fois la lignine blanchie ou éliminée d’une autre manière, il reste un squelette blanc laiteux de cellules creuses.

Ce squelette est encore opaque, car les parois cellulaires courbent la lumière différemment de l’air contenu dans les poches cellulaires, une valeur appelée indice de réfraction. Remplir les poches d’air avec un matériau tel que la résine époxy qui courbe la lumière au même degré que les parois cellulaires rend le bois transparent.

Le matériau sur lequel les scientifiques ont travaillé était mince, allant généralement de moins d’un millimètre à environ un centimètre d’épaisseur. Mais les cellules créent une structure en nid d’abeille solide et les minuscules fibres de bois sont plus résistantes que les meilleures fibres de carbone, explique Liangping Hu, scientifique en matériaux, qui dirige le groupe de recherche travaillant sur le bois transparent à l’Université du Maryland à College Park. Et avec l’ajout de résine, le bois clair surpasse le plastique et le verre : lors de tests mesurant la facilité avec laquelle les matériaux se fissurent ou se brisent sous la pression, le bois clair s’est révélé près de trois fois plus résistant que le plastique transparent comme le plexiglas et environ 10 fois plus résistant que le verre.

« Les résultats sont étonnants, car un morceau de bois peut être aussi résistant que du verre », explique Ho, qui a mis en lumière cette idée. Caractéristiques du bois transparent Dans Revue annuelle de la recherche sur les matériaux 2023.

Ce processus fonctionne également avec du bois plus épais, mais voir à travers ce matériau est plus flou car il diffuse plus de lumière. Dans leur étude originale de 2016, lui et Berglund ont découvert que des feuilles d’un millimètre d’épaisseur de structures en bois remplies de résine laissaient passer 80 à 90 % de la lumière. Plus l’épaisseur est proche d’un centimètre, plus la transmission de la lumière est faible : le groupe de Berglund a rapporté que le bois de 3,7 millimètres d’épaisseur, soit environ l’épaisseur de deux centimes, ne transmettait que 40 % de la lumière.

La forme fine et la résistance du matériau en font une excellente alternative aux produits fabriqués à partir de morceaux de plastique ou de verre fins et facilement cassables, tels que les écrans. Par exemple, la société française Woodoo utilise un processus similaire pour éliminer la lignine de ses écrans en bois, mais en laisse moins pour créer une couleur esthétique différente. L’entreprise conçoit des écrans numériques tactiles et recyclables pour des produits, notamment des tableaux de bord et des panneaux d’affichage de voiture.

Mais la plupart des recherches se sont concentrées sur le bois transparent en tant qu’élément architectural, avec son utilisation pour les fenêtres particulièrement prometteuse, explique Prodot Dhar, ingénieur biochimiste à l’Institut indien de technologie de Varanasi. Le bois clair est un bien meilleur isolant que le verre, il peut donc aider les bâtiments à retenir ou à évacuer la chaleur. Lui et ses collègues ont également utilisé de l’alcool polyvinylique, ou PVA, un polymère utilisé dans la colle et les emballages alimentaires, pour infiltrer les structures en bois, ce qui donne un bois transparent qui conduit la chaleur plus rapidement. Cinq fois moins que le verre, L’équipe a publié un rapport en 2019 dans Advanced Functional Materials.