Des chercheurs de l'Université Rice et de l'Université de Houston ont dévoilé une nouvelle méthode de production d'un biomatériau haute performance à base de cellulose bactérienne, susceptible de devenir une alternative aux plastiques pétrochimiques. L'étude, parue dans Nature Communications en juillet 2025, détaille un processus de biosynthèse industrielle où les bactéries organisent la structure du matériau sous l'influence d'un flux liquide, s'affranchissant ainsi de la croissance désordonnée habituelle.
Ce projet a été mené par Muhammad Maqsood Rahman, professeur adjoint en génie mécanique et aérospatial à l'Université de Houston, en partenariat avec l'Université Rice. M.A.S.R. Saadi, doctorant à Rice, en est l'auteur principal, entouré de Shayam Bhakta (Rice) ainsi que des ingénieurs et experts en matériaux Pulickel Ajayan, Matthew Bennett, Matteo Pasquali et leurs confrères. Les travaux ont bénéficié du soutien financier de plusieurs organismes américains, dont la National Science Foundation, l'Endowment for Forestry and Communities et la Welch Foundation.
Le fonctionnement de la technologie
En temps normal, la cellulose bactérienne se développe sous la forme d'un réseau de nanofibres lâche et aléatoire, ce qui restreint sa solidité et sa résistance aux contraintes mécaniques. Pour y remédier, les chercheurs ont mis au point un bioréacteur rotatif où le mouvement des bactéries Gluconacetobacter est dicté par le flux de liquide, orientant ainsi précisément le dépôt des fibres.
Grâce à ce contrôle hydrodynamique, l'équipe a obtenu des feuilles denses et parfaitement alignées, affichant une résistance à la traction d'environ 436 mégapascals. Une variante hybride, intégrant des nanofeuilles de nitrure de bore lors de la croissance, a permis d'atteindre une résistance de 553 mégapascals et une conductivité thermique trois fois supérieure à celle de la cellulose bactérienne standard. Ce processus s'effectue en une seule étape à température ambiante, sans recours à des solvants toxiques ni aux conditions contraignantes de la fermentation naturelle.
Écoresponsabilité, propriétés et applications envisagées
Ce biomatériau cellulosique reste entièrement biodégradable et dispense des processus d'incinération ou de recyclage thermochimique complexe requis par la plupart des polymères synthétiques. En outre, la technologie autorise l'usage de milieux de culture simplifiés, voire de résidus agricoles comme substrats de fermentation, ce qui laisse entrevoir une production abordable et industrialisable.
Les scientifiques identifient plusieurs axes d'application pour ce nouveau matériau :
- l'emballage, afin de substituer certains films et contenants en plastique à usage unique ;
- les secteurs de l'automobile et du bâtiment, pour des pièces alliant légèreté et solidité ;
- la gestion thermique, notamment pour dissiper la chaleur dans les composants électroniques ;
- le textile et l'électronique durable, incluant les écrans et les capteurs écoresponsables ;
- les infrastructures énergétiques et les matériaux composites, où la résistance structurelle est cruciale.
Limites et réalisme industriel
Bien que prometteur, ce matériau n'est pas encore prêt à supplanter les plastiques traditionnels, que ce soit par ses volumes de production ou son coût. Son industrialisation suppose de :
- développer des capacités de production de masse ;
- établir des protocoles de normalisation et de conformité réglementaire ;
- valider sa fiabilité sur le long terme dans des environnements cliniques, industriels et automobiles.
Néanmoins, l'équipe de recherche considère cette avancée comme une étape clé vers une écologie sans compromis sur la performance mécanique. Dans les années à venir, ils prévoient de mettre en place des lignes pilotes avec des partenaires du secteur, tout en explorant de nouvelles variantes du matériau pour des usages de niche.
