Le bois transparent mis au point par des chercheurs de l’université du Maryland (États-Unis) isole deux fois et demie mieux de la chaleur que le verre. © Etienne, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
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Un bois transparent qui isole de la chaleur

ActualitéClassé sous :Bâtiment , bois transparent , matériau composite

Dans le contexte de réchauffement climatique et de transition énergétique, la course aux matériaux de construction économes en énergie est lancée. Dans cette catégorie, des chercheurs présentent aujourd'hui un matériau qui assure un éclairage naturel confortable et une bonne isolation thermique. Ils l'ont baptisé le bois esthétique.

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[EN VIDÉO] Woodoo, le bois réinventé  Le bois Woodoo, dont la lignine a été remplacée par un polymère (par un procédé de chimie verte), est imputrescible, plus résistant au feu et translucide lorsqu'il est coupé en lames fines. Il peut servir à la décoration, par exemple d'automobiles, mais aussi, à terme, à des placages pour des habitations. 

Que diriez-vous d'un matériau de construction qui laisse passer la lumière tout en vous protégeant des regards indiscrets ? D'un matériau résistant ? D'un matériau plus isolant que le verre ? Et qui en plus, serait esthétique... C'est le matériau presque parfait que des chercheurs de l’université du Maryland (États-Unis) ont mis au point pour la réalisation des plafonds, des toits ou des murs de nos futures maisons.

Ce matériau, ils l'ont développé à partir de bois. Plus exactement à partir de sapin de Douglas (Pseudotsuga menziesii). À l'aide de produits chimiques -- et en l'espace de seulement deux heures --, ils ont sélectivement éliminé la lignine pour rendre ce bois transparent à la lumière. Mais ils ont conservé toutes les autres structures du bois.

Le bois esthétique développé par les chercheurs de l’université du Maryland (États-Unis) est produit à partir de bois naturel ayant subi une délignification sélective et une injection d’époxy (b). Les images (c) et (d) montrent une coupe d’un bois naturel. (e) et (f) sont des images similaires d’un bois esthétique tel que produit par les chercheurs. © A. James Clark School of Engineering, University of Maryland

Plus efficace que le verre

Ils ont ensuite coupé le bois dans le sens contraire du grain. De sorte que les nanostructures en forme de canaux -- dont la fonction initiale est de transporter l'eau et les nutriments -- se trouvent le long de la dimension la plus petite. Ainsi environ 80 % de la lumière est propagée directement à travers ces canaux, quel que soit son angle d'incidence. Le système crée en revanche une sorte de voile qui empêche 93 % de la lumière de passer en sens inverse. De quoi opacifier la construction.

Et c'est en y injectant de l'époxy que les chercheurs ont finalement obtenu un matériau -- le « bois esthétique » comme ils l'appellent -- capable de bloquer efficacement les UV et plus résistant que le verre. Mais aussi deux fois et demie plus efficace pour bloquer la chaleur.

Pour en savoir plus

Le bois transparent sera le matériau de construction de demain

On connaissait les organismes génétiquement modifiés. Voici maintenant venus les matériaux scientifiquement améliorés. Et plus exactement, un bois que des chercheurs ont d'abord rendu transparent, puis capable de stocker de la chaleur et enfin, de la restituer. Objectif : améliorer l'efficacité énergétique des maisons du futur.

Article de Nathalie Mayer paru le 11/08/2019

En 2016, des chercheurs de l'Institut royal de technologie de Stockholm, en Suède, avaient mis au point (voir article ci-dessous) un bois transparent présentant, par rapport au verre, d'excellentes propriétés d'isolation thermique et une transmittance optique élevée. Aujourd'hui, l'équipe annonce avoir encore amélioré son matériau, le rendant capable d'absorber, de stocker et de libérer de la chaleur.

Comment ? En incorporant à leur bois, du polyéthylène glycol (PEG). « Le PEG présente une forte affinité avec le bois. Et il est capable de stocker la chaleur », explique Céline Montanari. Car si le PEG prend une forme solide à 20 °C, il fond vers 27 °C, -- une température qui peut être ajustée en utilisant différents types de PEG --, et ce, de manière réversible.

Le polyéthylène glycol a également servi aux scientifiques pour stabiliser le bois du Vasa, un navire de guerre qui a sombré en 1628 et qui est aujourd’hui l’une des attractions touristiques les plus populaires de Suède. © Nick Lott, Wikipedia, CC by-sa 2.0

Le polyéthylène glycol en première ligne

Pendant une journée ensoleillée, le matériau absorbera la chaleur en passant du solide au liquide. De quoi garder au frais l'intérieur de la maison. À la nuit tombée, le PEG redeviendra solide et libèrera la chaleur emmagasinée à l'intérieur de la maison. Et pour éviter les fuites de PEG liquide, les chercheurs ont pensé à l'encapsuler dans leur bois transparent.

Comme il est également capable de supporter de lourdes charges, résistant à l'humidité -- grâce à un ajout d'acrylique -- et plus écologique que d'autres matériaux de construction -- même si sa biodégradabilité doit encore être améliorée --, ce matériau pourrait trouver sa place dans les maisons du futur. Pour l'heure, les chercheurs l'imaginent intégrer des applications de niche dans la décoration d'intérieur d'ici cinq ans.


Ils ont réussi à rendre du bois… transparent !

Article de Nathalie Mayer paru le 26/08/2016

Des ingénieurs de l'université du Maryland, aux États-Unis, viennent de publier une étude dans laquelle ils démontrent que, dans le futur, nos fenêtres pourraient être faites de bois transparent. Elles nous aideraient ainsi à gagner en efficacité énergétique.

Selon les chercheurs américains, le bois transparent offrirait une meilleure isolation thermique tout en garantissant une intensité d'éclairage semblable à celle d'une fenêtre en verre. En effet, ce nouveau matériau présente la propriété de ne quasiment laisser passer que le rayonnement dans le spectre visible, bloquant les longueurs d’onde infrarouge, associées à la chaleur. Autre avantage : le bois transparent agirait comme un filtre anti-éblouissement et permettrait d'homogénéiser l'éclairage intérieur.


Article initial paru le 05/04/2016 à 13:30

Si le bois a été, un temps, un peu délaissé au profit de matériaux réputés plus modernes, il semble opérer aujourd'hui un véritable retour en force. Naturel, écologique, renouvelable, robuste et durable, le bois avait déjà de quoi séduire. Et si, grâce à des travaux menés par une équipe de chercheurs suédois, il devenait en plus transparent ? Voilà qui pourrait multiplier encore ses domaines d'application.

Le bois est un matériau aux caractéristiques remarquables : faible densité, faible conductivité thermique, grande ténacité, etc. De plus, il est plutôt bon marché - ce qui ne gâche rien par les temps qui courent - et issu de ressources renouvelables que sont les arbres de nos forêts. Ceci explique sans doute pourquoi certains cherchent à fabriquer du plastique à partir de bois ou pourquoi la Suède, un pays qui concentre à lui seul quelque 18 % des forêts européennes, a choisi d'investir dans un centre de recherche dédié au bois, le Wallenberg Wood Science Center. L'investissement pourrait d'ailleurs s'avérer payant puisqu'une équipe de ce centre vient de mettre au point une technique permettant de rendre le bois... transparent ! De quoi entrevoir toutes sortes d'applications, parmi lesquelles notamment, la fabrication de cellules solaires photovoltaïques ou, tout simplement, de vitres renouvelables.

L'idée de développer un bois optiquement transparent n'est pas tout à fait nouvelle. En effet, des études plus anciennes avaient déjà montré la possibilité de créer un papier transparent à 70 %, notamment en diminuant le diamètre des fibres de cellulose jusqu'à l'échelle nanométrique. Cependant, les échantillons mis au point n'ont jamais vraiment dépassé le stade de l'expérimentation en laboratoire. Le projet porté par les chercheurs du Wallenberg Wood Science Center, quant à lui, laisse espérer une utilisation de ce nouveau matériau à l'échelle industrielle.

Les chercheurs suédois ont obtenu un matériau transparent à 85 % en éliminant la lignine du bois. © Peter Larsson, Wallenberg Wood Science Center

Éliminer la lignine pour rendre le bois transparent

Pour arriver à leurs fins, les chercheurs ont eu l'idée d'appliquer au bois un procédé chimique visant à en éliminer la lignine, l'un de ses principaux constituants. C'est elle qui est largement responsable de l'opacité du bois. « Une fois la lignine éliminée, le bois devient magnifiquement... blanc », raconte Lars Berglund, professeur au Wallenberg Wood Science Center. Ne restait plus ensuite qu'à faire subir à ce bois quelques traitements à l'échelle nanométrique. Il a par exemple fallu ajouter un polymère transparent, le méthacrylate de méthyle (MMA), qui entre notamment dans la formulation du Plexiglas, à cette structure de base poreuse. Résultat : un matériau d'une épaisseur de 1,2 millimètre présentant une transmittance optique de l'ordre de 85 %.

Les études des chercheurs du Wallenberg Wood Science Center ont montré que la transparence diminue avec l'augmentation de l'épaisseur du bois et l'augmentation de la fraction volumique de cellulose dans la matrice. Les propriétés mécaniques du matériau composite ainsi obtenu, quant à elles, se révèlent meilleures que celles du bois ou du MMA. Ainsi, un bois transparent présentant une fraction volumique de cellulose égale à 19 % est deux fois plus résistant et rigide que le Plexiglas. L'équipe doit encore améliorer la transparence de ce nouveau matériau, explorer les possibilités offertes par différentes essences de bois et travailler à l'industrialisation du processus de production.

Toutefois, grâce à ses propriétés mécaniques structurelles et à ses nouvelles propriétés fonctionnelles de transparence, ce biocomposite nanostructuré se présente d'ores et déjà comme un excellent candidat pour des applications pratiques, notamment dans le secteur du bâtiment. Un secteur qui pourrait largement bénéficier d'un tel matériau léger, peu coûteux et susceptible de servir de base à la construction de façades semi-opaques ou encore au développement de cellules solaires transparentes.

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