Un nouveau super bois bat les métaux dans des tours de force

En trempant le bois dans un mélange de produits chimiques, puis en le compressant et en le chauffant, des chercheurs ont créé un matériau plus solide que l’acier, écrit Sid Perkins pour Scientific American.

Les spécialistes des matériaux travaillent depuis des décennies – en pressant le bois, en le refroidissant et en le faisant passer dans des rouleaux , en le traitant avec de l’ammoniac ou de la vapeur – tout cela au nom de la création d’un matériau solide et résistant à partir d’une ressource relativement renouvelable. Le nouveau bois est trois fois plus dense que le bois naturel et 12 fois plus résistant, rapportent les chercheurs dans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature.

« Les bois tendres comme le pin ou le balsa, qui poussent rapidement et sont plus respectueux de l’environnement, pourraient remplacer les bois à croissance plus lente mais plus denses comme le teck, dans les meubles ou les bâtiments », explique Liangbing Hu, chercheur en matériaux à l’Université du Maryland, College Park, et l’un des auteurs de l’étude, selon un communiqué de presse.

Les autres méthodes de « densification » du bois produisent un matériau qui a tendance à se dilater pour retrouver sa taille et sa forme d’origine lorsque l’humidité frappe, raconte Perkins. La nouvelle approche améliore le bois d’une manière qui résiste à l’humidité en créant un résultat final plus uniformément dense.

« Ce type de bois pourrait être utilisé dans les voitures, les avions, les bâtiments – toute application où l’acier est utilisé », dit Hu à David Grossman, en reportage pour Popular Mechanics. Les gratte-ciel du futur pourraient même être construits en bois.

Le processus commence par le trempage du bois dans un bain d’hydroxyde de sodium et de sulfate de sodium. Ces deux produits chimiques agissent ensemble pour éliminer partiellement la lignine et l’hémicellulose, deux polymères qui rendent les parois cellulaires des plantes rigides. En revanche, les produits chimiques laissent intacte une grande partie de la cellulose, un troisième polymère. Les parois cellulaires du bois deviennent moins rigides et plus poreuses. Ensuite, le chercheur a pressé le bois tout en le chauffant à environ 100 degrés Celsius. Le bois possède de nombreux canaux naturels appelés lumina qui suivent le sens de la croissance. Ces canaux et les parois cellulaires s’effondrent pendant la partie « chauffer et presser » du processus des chercheurs et de nouvelles liaisons hydrogène se forment entre les molécules de cellulose, renforçant le matériau.

Le résultat final, vu au microscope, est constitué de couches de bois serrées les unes contre les autres, rapportent les chercheurs dans leur article. Le matériau final a environ un cinquième de l’épaisseur de sa taille originale mais trois fois la densité.

Les chercheurs ont ensuite soumis leur bois densifié à une batterie de tests pour mesurer ses propriétés mécaniques. Ils ont testé sa capacité à supporter une charge. Ils ont testé sa rigidité, sa résistance à la traction (sa capacité à résister aux forces de traction) et sa capacité de flexion. Dans l’ensemble, le résultat est un morceau de bois rugueux et instable. Lors d’un test d’humidité, le bois n’a gonflé que d’environ 8,4 %, tout en restant résistant.

Ils ont également tiré un projectile en acier sur le bois avec un pistolet à air balistique. Cinq couches du matériau ensemble ont arrêté une balle se déplaçant à la vitesse que pourrait avoir une voiture avant une collision, rapporte Mark Zastrow pour Nature.

Les résultats étaient impressionnants, mais pas assez pour convaincre certains experts. Zastrow s’est entretenu avec Fred Kamke, de l’université d’État de l’Oregon, qui n’a pas participé à la nouvelle recherche. Kamke a souligné que 24 couches de bois de peuplier densifié étaient capables d’arrêter une balle de 9 mm tirée à 25 pieds sans nécessiter de traitement chimique. « Ces autres méthodes sont probablement beaucoup moins coûteuses qu’une ébullition de sept heures dans une solution caustique », dit-il.

Mais Hu et ses collègues vont de l’avant avec leur « super bois », rapporte Stu Borman pour Chemical & Engineering News. Une société dérivée appelée Inventwood espère commercialiser la technologie et voir un avenir de véhicules, d’avions, de conteneurs d’expédition, de planchers, d’armures et plus encore construits avec du bois bouilli, traité et compressé qui est plus fort que l’acier.