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designJEUDI 27 AVRIL 2017
Le bois entre dans l’ère technologique
L’utilisation du bois ne se limite plus au domaine de la construction. Il est désormais employé comme un matériau high-tech. Au point qu’il pourrait faire partie intégrante de la carrosserie des voitures ou remplacer les vitres des fenêtres.
Par Robert Gloy

Les dernières prouesses architecturales en Suisse témoignent d’une renaissance du bois dans la construction: l’architecte japonais Shigeru Ban a imaginé par exemple le nouveau siège de Swatch Group, actuellement en construction à Bienne. Il sera doté d’une toiture avec une charpente entrecroisée en bois. Il a aussi dessiné la tour de Sauvabelin réalisée à Lausanne en 2003: cet édifice d’observation de 35 mètres de haut est entièrement construit en bois massif. Mais le nouvel intérêt pour ce matériau ne se limite pas au domaine de la construction. Les chercheurs, les designers et les ingénieurs sont en train d’en améliorer les caractéristiques afin de lui trouver de nouvelles applications.

Quelles sont les raisons de ce retour en grâce? En premier lieu, le bois est considéré comme un matériau léger, flexible et solide. Mais il bénéficie aussi de la prise de conscience grandissante de la nécessité d’employer des matériaux durables, comme le souligne Hani Buri, professeur à la Haute Ecole d’ingénierie et d’architecture de Fribourg — HEIA-FR: «Le bois dégage une image de chaleur et de vivacité. Il crée un climat d’habitation agréable grâce à sa capacité à réguler l’humidité au sein d’une pièce.» S’ajoute à cela le fait qu’il contient très peu d’énergie grise: alors que le processus de fabrication de toutes les matières plastiques nécessite du pétrole, le bois est une ressource locale qui repousse et qui est très répandue en Suisse, un tiers de la superficie du pays étant couverte de forêts.

Dans un projet récent, Hani Buri associe la construction en bois à l’énergie durable. Ainsi, il participe actuellement avec 50 étudiants — et la collaboration de trois autres universités suisses — à la compétition interuniversitaire mondiale «U.S. Department of Energy Solar Decathlon». L’objectif: construire un pavillon dont l’alimentation se fait uniquement par l’énergie solaire. Combinée au bois, il estime que cette approche pourrait apporter des réponses aux questions de nos futurs habitats. Néanmoins, Hani Buri met aussi en avant les difficultés liées à l’usage du bois: «Il s’agit d’un matériau qui vit et réagit à l’humidité et à la sécheresse. De bonnes connaissances sont nécessaires pour le travailler, sinon il se déforme, ce qui peut provoquer des dégâts au niveau de la construction.»

Le hêtre, bois de l’avenir

Améliorer la résistance du bois à son environnement, voilà le défi que s’est donné Tanja Zimmermann, chercheuse au Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) de Dübendorf (ZH). Quatre groupes de travail y transforment le bois en matériau high-tech. La résistance au feu — son principal point faible — peut être renforcée par l’intégration au sein même du matériau de carbonate de calcium ou de calcaire (selon l’essence du bois). «La résistance est ainsi augmentée d’un tiers», explique Tanja Zimmermann. Beaucoup moins utilisé que le sapin ou l’épicéa en Suisse en raison de sa sensibilité à l’humidité et au risque lié à l’infestation par des champignons, le hêtre se trouve au cœur de ses efforts de recherche: «Cette essence est particulièrement solide et donc adaptée à la réalisation de structures porteuses», dit-elle. Comment exploiter au mieux ce potentiel? En améliorant ses propriétés de surface grâce à des modifications chimiques. A titre d’exemple, un nouveau traitement basé sur l’emploi d’un oxyde métallique peut rendre le bois à tel point hydrofuge qu’il pourrait être aussi utilisé comme matériau pour les lavabos ou les parois de douche. Ce traitement permet également de protéger le bois du rayonnement UV afin d’éviter qu’il ne se dégrade lorsqu’il est installé en façade d’un bâtiment.

L’utilisation de cette essence est actuellement testée dans des conditions réelles: en mai de cette année, l’Empa a inauguré sur son campus la maison modulaire «Nest», qui sert désormais de laboratoire ouvert pour de nombreux nouveaux matériaux. Le hêtre y est employé dans le module «Vision Wood», une habitation pour étudiants. Si ce test s’avère concluant, l’essence pourrait être à l’avenir utilisée à plus grande échelle, précise la chercheuse de l’Empa.

Un autre axe de recherche se concentre sur la cellulose, composant responsable de la solidité du bois. «En traitant la cellulose avec des procédés mécaniques spéciaux, puis en la modifiant chimiquement, il est possible de la mélanger à d’autres matières plastiques pour obtenir des matériaux plus résistants, permettant ainsi des gains de poids», dit Tanja Zimmermann. Selon elle, cette technologie pourrait notamment intéresser l’industrie automobile, ce qui signifierait un certain retour aux sources: il y a un siècle, la carrosserie de la fameuse voiture américaine Ford T était composée de bois. La start-up zurichoise Climeworks s’intéresse pour sa part à la capacité de la cellulose à filtrer le CO2. Elle a développé un dispositif qui absorbe l’air ambiant en isolant ce gaz à effet de serre à l’aide de cellulose en fils micrométriques. Aujourd’hui déjà, la machine est capable d’isoler 8 kg de CO2 par jour et est utilisée dans des serres.

Les investissements manquent

Si les progrès dans le domaine ont été considérables ces dernières années, la mise en œuvre à plus grande échelle ne va pas de soi, comme l’explique Nicolas Henchoz, directeur de l’EPFL + ECAL Lab. Ce laboratoire vise à élargir le champ d’application des technologies de l’EPFL au domaine du design. Avec le soutien de l’Empa, les chercheurs de ce laboratoire ont réussi à rendre le sapin plus dense que les bois précieux tels que l’ébène ou le teck. «Le bois est constitué de cellules creuses. En les comprimant, on obtient une plus grande densité. Mais le bois a tendance à revenir à sa forme originale sous l’influence de l’humidité. Nous avons ajusté les paramètres de pression, de température et de vapeur et avons ainsi réussi à supprimer cette ‘mémoire’ du bois», dit Nicolas Henchoz.

En 2012, le laboratoire a collaboré avec des designers de renom pour créer plusieurs objets utilisant cette technologie, comme une poignée de porte, un casque et des talons. Ces objets ont été présentés lors d’une exposition temporaire qui a même été accueillie par le musée des Arts décoratifs à Paris. Et depuis? «Nous avons amélioré encore le procédé de densification, mais pour un développement à l’échelle industrielle, il faudrait un partenaire qui investit. Plusieurs grandes marques se sont montrées intéressées sans que cela ne se concrétise pour l’instant.»

Adrien Rovero, designer et professeur de design industriel à l’ECAL/Ecole cantonale d’art de Lausanne, confirme cette difficulté de passer à un mode de production en grande série. «Le bois est un matériau difficile à multiplier. Avant de le travailler, il faut comprendre la structure de ses veines et savoir comment il va évoluer avec le temps.» C’est pour cette raison qu’on le trouve souvent dans un usage artisanal: «Chaque objet est unique, ce qui peut être très intéressant pour la fabrication des pièces de grande valeur comme du mobilier, de la bijouterie ou l’horlogerie.» Il reste donc deux options: réduire la sensibilité du bois vis-à-vis des conditions ambiantes comme le font les chercheurs de l’Empa ou retravailler ses composants, comme la cellulose ou la lignine. Un autre exemple pour cette deuxième voie: des chercheurs à l’Institut royal de technologie de Stockholm ont créé un bois transparent qui laisse passer la lumière à 85% en enlevant la lignine, responsable de la couleur du bois. Selon eux, ce matériau pourrait à terme remplacer les vitres. Car en ajoutant à ce bois transparent des polymères, ils obtiennent un matériau deux fois plus résistant que le plexiglas. De plus, celui-ci offre une meilleure isolation thermique qu’une fenêtre normale et bloque les ondes infrarouges du soleil afin d’éviter que l’intérieur de la maison ne chauffe.
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Une version de cet article est parue dans la revue Hémisphères (no 12).

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