Des nanocristaux de cellulose imprimés en 3D aussi durs que des alliages d’aluminium

Au MIT, une équipe de chercheurs a développé un matériau composite à partir d’un polymère synthétique et de nanocristaux de cellulose. Imaginé sous forme de gel, celui-ci a notamment été utilisé pour imprimer en 3D différentes formes, plus particulièrement celle d’une dent afin de démontrer les futures applications possibles via ce matériau : on pourrait en effet produire des implants dentaires aux propriétés intéressantes en termes de solidité et de durabilité.

La cellulose est un composant que l’on retrouve dans les plantes, les arbres et d’autres espèces vivantes comme les algues ou les bactéries. C’est une structure naturelle très abondante sur notre planète ce qui en fait un sujet d’étude particulièrement intéressant pour de nombreux chercheurs. L’année dernière, on vous présentait d’ailleurs le projet européen NOVUM qui consiste à transformer la cellulose en matériau d’impression 3D. Une alternative plus verte aux produits dérivés du pétrole qui pourrait avoir un fort impact environnemental dans nos industries.

L’équipe a réussi à reproduire la forme d’une dent grâce à ce matériau composite (crédits photo : MIT)

L’équipe du MIT s’est penchée sur la cellulose nanocristalline (CNC) qui est selon les chercheurs : “des chaînes de polymères organiques disposées en motifs cristallins presque parfaits qui peuvent être extraits des fibres de cellulose par hydrolyse acide.” Cette CNC a des propriétés uniques notamment une résistance élevée, sa thermostabilité ou encore sa forte réactivité chimique.  Et justement, l’équipe a voulu s’appuyer sur sa résistance et comprendre comment elle pouvait exploiter ce matériau abondant. 

Ils ont donc mélangé des nanocristaux de cellulose avec un polymère synthétique et trouvé le bon ratio entre les deux pour obtenir une sorte de gel facile à extruder via une machine de type bio-imprimante, équipé d’un extrudeur pneumatique. L’équipe précise toutefois que le matériau pourrait être utilisé par des méthodes de moulage ou d’usinage. Toujours est-il qu’elle a déposé le gel couche par couche pour former différentes pièces. L’une d’entre elles a été usinée pour reproduire la structure d’une dent afin de montrer l’utilité d’un tel matériau dans le secteur médical et plus particulièrement dans la production d’implants. Il faut en effet savoir que la dureté de ce matériau organique est comparable à celle des alliages d’aluminium tandis que sa résistance à la rupture s’apparente à celle des parois cellulaires du bois.

Crédits photo : MIT

Les chercheurs précisent toutefois qu’après extrusion, le matériau composite sèche et la pièce finale rétrécit. Ce rétrécissement pourrait être un obstacle dans la création de plus grandes formes car il pourrait entraîner des fissures lors de cette phase de séchage. C’est donc un point sur lequel l’équipe travaille. Elle précise : “Si vous pouviez éviter ce rétrécissiement retrait, vous pourriez continuer à augmenter l’échelle, peut-être jusqu’à l’échelle du mètre. Ensuite, si nous rêvons en grand, nous pourrions remplacer une part importante des plastiques par des composites cellulosiques.” Une chose est sûre, le recours à ce matériau pourrait permette de réduire l’emploi de plastiques à base de pétrole et ainsi avoir un impact environnemental positif pour notre planète. Retrouvez l’ensemble des travaux de l’équipe ICI. 

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