Le mycélium comme matériau d’impression 3D

Le plastique étant l’un des matériaux les plus répandus sur terre, son impact sur le climat a fait l’objet de nombreuses discussions. Cependant, quiconque croit que le plastique est le seul coupable parmi les matériaux nuisibles à l’environnement se trompe. L’industrie du ciment se classe au troisième rang en termes d’émissions de CO2 (selon le Programme des Nations unies pour l’environnement 2020) et il suffit de regarder autour de soi pour constater à quel point il est utilisé. Heureusement, des recherches intensives sont menées sur de nouveaux matériaux qui peuvent être utilisés comme alternatives. L’un de ces matériaux est le mycélium ou mycélium/mycelium, à base de champignons. Associé à l’impression 3D, ce matériau biosourcé présente un grand potentiel pour une industrie de la construction respectueuse de l’environnement et de nombreuses applications.

Le mycélium de champignon fait l’objet de recherches en tant que matériau de construction depuis de nombreuses années. Pour être précis, ce n’est pas le champignon lui-même qui est utilisé comme matériau, mais son système racinaire. C’est là que se trouvent ses hyphes, les filaments fongiques, qui fusionnent et forment un réseau, le mycélium. Celui-ci peut s’étendre à d’autres matériaux et pénétrer dans le bois ou la paille, par exemple, afin d’utiliser leurs nutriments. Si le champignon reçoit également de l’eau, il se développe. Cette existence parasitaire est activement utilisée pour enrichir le mycélium avec des nutriments provenant d’autres matériaux. Le mycélium agit alors comme un adhésif pour que le mélange de matériaux devienne solide et puisse être moulé – ou imprimé.

Schéma du système racinaire (crédit photo : Biomimicry)

Les champignons sont également connus pour leur capacité à absorber le carbone. Ils peuvent donc contribuer à ralentir le changement climatique. En outre, de nombreux champignons ne sont pas particulièrement exigeants en ce qui concerne leur « alimentation », de sorte qu’ils puisent également les nutriments nécessaires à leur croissance dans les déchets ou les matières résiduelles, ce qui favorise encore davantage l’économie circulaire. En ce sens, les matériaux à base de mycélium peuvent être activement cultivés.

Propriétés du mycélium

Les champignons sont abondants dans la nature et le mycélium est une matière première renouvelable. La transformation des matériaux à base de mycélium est rentable et nécessite peu d’énergie. Les matériaux sont également faciles à éliminer à la fin de leur durée de vie et sont naturellement recyclables. Le mycélium est donc un matériau de construction attrayant et durable.

En raison de son origine organique, il s’adapte facilement à l’environnement et s’apparente à d’autres matériaux biologiques, tels que les os d’animaux ou les plantes. Le mycélium est donc capable de se régénérer et de guérir. Pour nous, humains, les substances à base de mycélium sont inoffensives pour la santé et ne sont ni allergènes ni toxiques. S’il s’agit d’un champignon comestible, le mycélium peut même être utilisé comme aliment.

Le mycélium est considéré comme un matériau durable pour diverses applications (crédits photo : Shape Lab – Institute of Architecture and Media, TU Graz).

Le mycélium possède également un large éventail de propriétés physiques. Il est thermo-isolant, difficilement inflammable et hydrophobe, tout en étant très solide et stable. C’est pourquoi il est utilisé pour l’isolation et l’ameublement. En fait, le mycélium de champignon peut remplacer un grand nombre de matériaux, par exemple le cuir, le bois, le carton, le polystyrène ou la laine isolante, et peut donc être utilisé dans des domaines très variés.

Le mycélium est déjà utilisé comme matériau de construction dans l’architecture et pour la protection contre le bruit, où ses propriétés d’auto-croissance, de résistance aux flammes et d’isolation sont très appréciées. Comme il peut supporter de lourdes charges, il est également utilisé dans l’architecture d’intérieur ou pour le mobilier. Il est également de plus en plus employé comme matériau alternatif et durable dans les domaines du design, de la mode, de l’art et des biens de consommation. Ses propriétés régénératrices lui permettent même d’être utilisé en médecine ! Tous ces domaines d’application sont rendus possibles par la culture ciblée du mycélium de champignon et son traitement.

Impression 3D avec du mycélium

L’impression 3D se caractérise par sa liberté de conception et sa capacité à créer des structures géométriquement complexes. Comme il s’agit d’un processus additif, il n’y a pratiquement pas de déchets (selon la technologie choisie), ce qui fait de l’impression 3D une méthode de production durable à cet égard. En combinaison avec des matériaux biologiques, tels que le mycélium, la fabrication additive offre la possibilité de produire de manière écologique.

Les processus basés sur l’extrusion sont le plus souvent utilisés quand on opte pour du mycélium, dans lequel un composite de mycélium est imprimé sous forme de pâte. Selon la composition du matériau composite, il est possible d’obtenir différentes propriétés du matériau de construction. Le matériau du champignon permet une grande liberté de création, il peut avoir des couleurs, des textures et des motifs différents. Cependant, quelques étapes doivent être prises en compte pour que l’impression soit réussie.

Impression 3D avec du mycélium (crédits photo : Shape Lab – Institute of Architecture and Media, TU Graz)

Dans l’ensemble, le processus d’impression est très complexe, car de nombreux paramètres doivent être respectés. Tout d’abord, le mycélium est « nourri » de matières premières supplémentaires, ce qui lui permet de se développer. Il s’agit de matériaux divers tels que le bois, la sciure de bois, le papier, le carton ou même des matériaux considérés comme non recyclables et inutilisables. Ce mélange crée un nouveau substrat, que l’on appelle mycocomposite, myco-matériau, matériau à base de champignon ou autre. Il faut ensuite contrôler la croissance du champignon et cultiver le matériau de manière à ce qu’il présente les propriétés requises pour l’impression. En d’autres termes, il doit être fluide, élastique et malléable. Ce n’est qu’à ce moment-là que l’impression 3D peut avoir lieu.

À ce stade du processus, il est essentiel de garantir un environnement stérile. Le mycélium est très sensible à l’infestation bactérienne et à la contamination. Comme il entre en contact avec de nombreux composants de l’imprimante 3D, le risque de contamination augmente. Après l’impression, la deuxième colonisation a lieu, au cours de laquelle le mycélium vivant imprimé en forme étend sa croissance et solidifie le matériau composite.

Dès que la taille et la forme souhaitées sont atteintes, le séchage commence. Le chauffage arrête le processus de croissance du mycélium vivant dans le matériau composite à base de champignons. Cette opération est essentielle pour que le champignon ne modifie pas les propriétés du matériau composite lors de son application ultérieure et ne se propage pas à d’autres matériaux.

Préparation du substrat de mycélium (crédits photo : Stavebni sporitelna Ceske sporitelny)

Applications

Afin de comprendre tout le potentiel du mycélium en tant que matériau d’avenir respectueux de l’environnement, il convient d’examiner de plus près certains projets spécifiques dans les différents domaines d’application.

Architecture

Le Shape Lab de l’Institut d’architecture et des médias de l’Université de technologie de Graz a développé un nouveau matériau, MyCera, dans le cadre d’un projet de recherche de 2020 à 2024, en combinant de l’argile, de la sciure de bois et du mycélium. « L’objectif global de la recherche est de trouver une solution pratique et à long terme au problème mondial de la gestion des déchets et des émissions de CO², qui touche également l’industrie de la construction et l’élimination des déchets de construction », peut-on lire dans le document de recherche. Si le mycélium est aligné intelligemment, il pourrait servir de fibre de renforcement pour les structures d’argile imprimées en 3D, selon l’approche des scientifiques.

Ils se sont appuyés sur les propriétés du mycélium pour l’utiliser comme liant biologique et ont traité le matériau avec l’imprimante Delta 40100 Clay de WASP. Cette imprimante est souvent utilisée pour traiter le mycélium, car elle dispose d’un système de matériaux ouvert et peut traiter des pâtes de matériaux de différentes compositions. En fin de compte, le projet de recherche MyCera a été couronné de succès. Bien que la durabilité du matériau doive encore être testée, il a déjà été démontré qu’il est un matériau composite prometteur qui pourrait être utilisé à l’avenir pour la construction durable de bâtiments.

Un autre exemple de l’utilisation du mycélium dans l’architecture est The Tree Column de l’entreprise londonienne Blast Studio. La structure de cette colonne est basée sur un mélange de mycélium et de déchets. En effet, elle est constituée de carton usagé, à savoir des gobelets de café et des boîtes à pizza provenant des rues de Londres, qui ont été déchiquetés et mélangés à de l’eau avant d’être mélangés à du mycélium de champignon. Un bras robotisé a imprimé la pâte couche par couche, créant ainsi dix modules qui, une fois assemblés, forment une colonne de deux mètres de haut. Après l’impression, la colonne a continué à croître, a été envahie par des champignons comestibles et n’a été séchée qu’ensuite pour former un élément architectural porteur.

L’ETH Zurich s’est également intéressée à la biomimétique du mycélium dans le cadre d’un projet d’arbre similaire. En collaboration avec le KIT de Karlsruhe et l’ETH Center de Singapour, les instituts ont travaillé sur MycoTree, une structure ramifiée faite de mycélium et de bambou, imprimée en 3D. L’objectif était de démontrer le potentiel des nouvelles ressources organiques pour l’industrie de la construction, qui ont été fabriquées grâce à l’impression 3D et à la géométrie calculée de manière à obtenir une stabilité maximale.

Les projets dans lesquels le mycélium est utilisé dans le secteur de la construction sont nombreux. Il s’agit non seulement de bâtiments et de murs, mais aussi de structures destinées à être utilisées sous l’eau. Urban Reef est une entreprise qui imprime en 3D des récifs en utilisant d’une part de la céramique et d’autre part des matériaux tels que le marc de café et le mycélium.

La Tree Column (crédits photo : Blast Studio)

Décoration d’intérieur

Dans le secteur du mobilier, il existe déjà de nombreux projets dans lesquels le mycélium est utilisé. L’entreprise tchèque Buřinka propose une collection de meubles design durables en bois et en mycélium sous le nom de SAMOROST, dont le design rappelle l’origine naturelle des matériaux. La chaise Myco de l’artiste néerlandais Eric Klarenbeek n’est pas en bois, mais en mycélium et en paille, ce qui permet de produire des meubles particulièrement légers. De nombreux autres artistes et designers jouent également avec le mycélium et les formes naturelles. L’architecte germano-iranienne Yasmine Mahmoudieh a présenté une collection de meubles en mycélium dans le cadre de la Biennale d’architecture 2023 à Venise.

Mais il n’y a pas que les meubles qui sont fabriqués à partir de champignons dans le secteur de la décoration d’intérieur. MYCO ALGA sont des carreaux pour l’intérieur qui combinent deux matériaux biologiques de manière expérimentale. Le studio de design bioMATTERS a transformé des algues et du mycélium de champignon pour produire ces carreaux durables.

Meubles design à base de mycélium de SAMOROST (crédits photo : Stavebni sporitelna Ceske sporitelny)

Biens de consommation et santé

Cependant, tous les projets ne sont pas axés sur l’esthétique et le design. Dans le cadre du projet FungiFacturing, les instituts Fraunhofer UMSICHT et IBP ont étudié les propriétés isolantes du mycélium et se sont fixé pour objectif d’utiliser ce matériau comme absorbant acoustique. Cette approche a été poursuivie dans le cadre d’un projet de recherche similaire au Fraunhofer IWU. Les chercheurs ont pu cultiver le mycélium de manière ciblée, le traiter avec succès par impression 3D et produire ainsi des haut-parleurs acoustiques très performants.

Le matériau est également utilisé en médecine, de par ses propriétés régénératrices. L’ETH Zurich et la TU Delft en ont tiré parti et ont développé un hydrogel basé en partie sur le champignon Ganoderma oregonense, un champignon arborescent local. Il a été imprimé en 3D sous forme de grille et a formé une peau robuste et autocicatrisante au bout d’une vingtaine de jours. Le projet de recherche a fourni des résultats intéressants pour la technologie médicale. Toutefois, pour maintenir les capacités de régénération de la peau robotisée, il a fallu trouver des moyens de nourrir la peau fongique.

Tous ces projets contribuent à la poursuite de la recherche sur l’application du mycélium de champignon et fournissent des résultats sur la façon dont le mycélium peut être traité dans l’impression 3D de telle sorte qu’il représente une alternative durable aux matériaux éprouvés et aux processus conventionnels.

Blocs de construction renouvelables et biodégradables fabriqués à partir de mycélium (crédits photo : PLP Labs)

 Que pensez-vous de l’impression 3D de mycélium ? Avez-vous déjà essayé ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits photo de couverture : Shape Lab – Institute of Architecture and Media, TU Graz