La première fibre optique fabriquée… avec du bois !

Les câbles optiques sous-marins s'étendent aujourd'hui sur plus de 1,2 million de kilomètres entre les continents, selon le site Telegeography. Et c'est sans compter la fibre optique qui relie chacune de nos maisons pour nous apporter une connexion ultra-rapide aux services de l'Internet ou à la télévision. La fibre optique trouve aussi de nombreux débouchés dans le domaine médical (endoscopes, photothérapiephotothérapie, dentaire...), dans l'éclairage, le transport ou le militaire.

Ces millions de câbles sont généralement constitués d'une « âme » en verre et plastiqueplastique, et qui possèdent d'excellentes propriétés optiques, puis ils sont recouverts d'une gaine avec un plus faible indice de réfractionindice de réfraction afin de guider la lumièrelumière à l'intérieur. Malheureusement, ces matériaux sont souvent coûteux et non renouvelables.

Le bois qui conduit la lumière

Des chercheurs du Centre national de la Recherche technique de la Finlande - VTT (acronyme de Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus) se sont tournés vers un matériaumatériau bien plus écologique, biodégradablebiodégradable et bon marché : le boisbois. Ils ont développé une fibre optique constituée à 100 % de cellulosecellulose. Le bois n'est pourtant pas spécialement connu comme bon conducteur de lumière. Ces dernières années, on a cependant réussi à rendre le bois transparent, en éliminant sa ligninelignine et en le mixant avec un polymèrepolymère transparenttransparent.

La fibre est constituée d’un cœur en cellulose d’environ 210 micromètres (µm) de diamètre entouré d’une gaine en acétate de cellulose de 3,40 µm. © Hannes Orelma et al, Cellulose, 2019

Les chercheurs finlandais se sont eux concentrés sur la cellulose extraite du bois. Ils l'ont d'abord dissoute dans un solvantsolvant, puis plongée dans l'eau, ce qui fait coaguler la cellulose. Ils ont récupéré une fibre optique parfaitement transparente, au fort indice de réfraction, qui a ensuite été séchée, puis recouverte d'acétate de cellulose, au plus faible indice de réfraction. Cette fibre écolo, qui possède une bonne résistance thermiquerésistance thermique et mécanique, transmet la lumière dans un spectrespectre allant de 500 à 1.400 nm, ce qui correspond aux longueurs d'ondeslongueurs d'ondes utilisées pour les télécommunications. Elle est cependant bien loin d'atteindre les performances de la fibre optique classique. Son facteur d'atténuation, qui mesure la perte du signal au cours de la transmission, est d'environ 6,3 dB/cm, là où les meilleures fibres avec un cœur en silicesilice atteignent... 0,1 dB/km.
 

La fibre en cellulose atteint ses meilleures capacités de transmission de la lumière dans les longueurs d’onde infrarouges (entre 800 nm et 1300 nm). © Centre National de la Recherche Technique de la Finlande - VTT, YouTube

Détecter les fuites d’eau grâce à la lumière

Mais l'objectif des chercheurs finlandais, dont les travaux ont été publiés dans la revue Cellulose, n'est pas de rivaliser avec les millions de kilomètres de câbles tapissant les océans. Grâce à son faible coût, elle pourrait d'abord servir en médecine, où sa biocompatibilité est également un avantage. Mais elle pourrait surtout constituer un excellent capteur. La fibre optique peut en effet servir à mesurer des changements de température, de champs magnétiqueschamps magnétiques, d'humidité, ou pour détecter la présence de produits chimiques. Mais il faut pour cela leur appliquer un traitement spécial pour les rendre sensibles à l'absorptionabsorption de gazgaz ou de liquideliquide.

Dans leur étude, les chercheurs ont testé la capacité de leur fibre en cellulose à détecter un changement d'humidité. Ils ont plongé 20 mm de fibre dans l'eau et ont constaté une chute brutale de l'intensité lumineuse transmise en moins de 10 mn. Une fois sortie de l'eau, la fibre sèche et retrouve son niveau d'origine en 20 mn. En intégrant la fibre dans un bâtiment, on pourrait ainsi détecter en temps réel une fuite ou une dégradation.