Le nouveau rail de mât de Safran
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La biologie peut souvent être l'inspiration ultime de la conception. Plus récemment, les ingénieurs du MIT ont réussi à puiser dans le livre de la nature pour concevoir un matériau capable de guérir et carbone négatif. C’est un nouvel outil bienvenu dans la lutte contre le changement climatique, qui pourrait un jour remplacer les matériaux lourds en émissions, tels que le béton, par une alternative beaucoup plus écologique et moins exigeante en matière d’entretien.
Dans la nouvelle étude publiée dans Matériaux avancés, Les ingénieurs chimistes ont montré comment concevoir un matériau capable d'extraire de l'air le dioxyde de carbone, qui réchauffe le climat, et de l'utiliser ensuite pour croître et se réparer. L’étude, dirigée par le professeur Michael Strano du MIT, élimine les obstacles dans le domaine de la science des matériaux avec un polymère peu coûteux, simple à produire et autoréparant qui nécessite un minimum de matériau.
«Notre matériau n'a besoin que du dioxyde de carbone atmosphérique et de la lumière ambiante, qui sont omniprésents», explique le co-auteur Seonyeong Kwak. Inverse dans un email.
Les propriétés d'auto-guérison semblent souvent être des miracles dramatiques réservés au monde animal, par exemple les geckos qui rehaussent les queues et les étoiles de mer qui remontent des membres entiers (ou encore plus sauvages, des membres qui repoussent un corps entier). L’humanité a tâté dans la régénération, en concevant des robots doux qui peuvent se réparer et un revêtement de téléphone auto-cicatrisant pour mettre fin au cauchemar des écrans brisés. Mais les méthodes précédentes nécessitaient souvent un apport externe, tel que la lumière UV, le chauffage ou un traitement chimique. Ce nouveau polymère nécessite beaucoup moins d’entretien et dispose d’une source d’énergie abondante et facilement accessible: le dioxyde de carbone.
Les chloroplastes consommant du carbone sont la clé
"Imaginez un matériau synthétique qui pourrait pousser comme des arbres, extraire le carbone du dioxyde de carbone et l’incorporer dans sa colonne vertébrale", explique Strano dans un communiqué de presse.
L’équipe de Strano a rendu cela possible en tirant parti des chloroplastes, composants des plantes qui récoltent et transforment la lumière en énergie.
Un polymère appelé aminopropylméthacrylamide (APMA), des chloroplastes stabilisés extraits d'épinards et une enzyme appelée glucose oxydase (GOx) sont suspendus dans l'hydrogel. Lorsqu'ils sont exposés au soleil, les chloroplastes produisent du glucose. Ensuite, l'enzyme GOx entre en action, transformant le glucose en gluconolactone (GL), qui réagit avec l'APMA pour former un cercle complet, créant le matériau même qui constitue l'hydrogel lui-même, le polyméthacrylamide contenant du glucose (GPMAA). Les chercheurs peuvent littéralement voir le matériau se transformer en solide à partir de liquide.
Bien qu'ils soient essentiels au polymère et attrayants en raison de leur abondance, les chloroplastes ont également posé des problèmes de conception difficiles. En tant que composants biologiques, les chloroplastes ne sont pas motivés pour fonctionner une fois séparés de leurs plantes. Une fois retirés, leurs capacités de photosynthèse ne durent que quelques heures à une journée, maximum. Pour le moment, le traitement chimique des chloroplastes a augmenté la stabilité et la production de glucose, mais les chercheurs espèrent passer à une alternative non biologique.
Auto-guérison pour la durabilité
Face à l'urgence croissante de développer des modes de vie plus durables, le polymère promet de contribuer à relancer la réflexion sur le maintien de l'environnement bâti qui nous entoure.
«Nos travaux montrent que le dioxyde de carbone ne doit pas être uniquement un fardeau et un coût», déclare Strano. «C’est aussi une opportunité à cet égard. Il y a du carbone partout. Nous construisons le monde avec du carbone. Les humains sont en carbone. Fabriquer un matériau capable d’accéder au carbone abondant qui nous entoure est une opportunité importante pour la science des matériaux. De cette manière, notre travail consiste à fabriquer des matériaux non seulement neutres en carbone, mais négatifs en carbone."
Le matériau n’est pas assez solide pour les constructions à grande échelle, mais des applications à court terme, telles que le colmatage des fissures ou des revêtements auto-cicatrisants, pourraient être réalisées en à peine 1 à 2 ans.
"La science des matériaux n'a jamais produit quelque chose comme ça", a déclaré Strano Nouvelles du MIT. "Ces matériaux imitent certains aspects de quelque chose de vivant, même s'il ne se reproduit pas."
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