Le groupe de recherche dirigé par Ingo Burgert a souvent prouvé que le bois peut être utilisé comme bien plus qu'un simple matériau de construction. Ses travaux de recherche portent généralement sur l'extension des propriétés existantes du bois afin qu'il puisse être utilisé dans des domaines d'application totalement nouveaux. Par exemple, un bois à haute résistance, hydrofuge et magnétisable a déjà été mis au point. Dans un document de recherche récemment publié, son équipe, en collaboration avec le groupe de recherche de Francis Schwarze, montre maintenant comment on peut produire de l'électricité à partir d'un type d'éponge en bois en utilisant un procédé simple. C'est là que l'effet dit piézoélectrique entre en jeu.

La piézoélectricité signifie qu'une tension électrique est créée par la déformation élastique des solides. Ce phénomène est principalement exploité par la métrologie, qui utilise des capteurs qui génèrent un signal de charge, par exemple lorsqu'ils sont soumis à une contrainte mécanique. Cependant, ces capteurs utilisent souvent des matériaux qui ne conviennent pas à l'utilisation dans le domaine biomédical, comme le zirconate-titanate de plomb (PZT), qui ne convient pas à l'utilisation sur la peau en raison du plomb. Cela rend également plus difficile l'élimination écologique des matériaux comme le PZT. Pouvoir utiliser l'effet piézoélectrique naturel du bois offre donc certains avantages. Si l'on y réfléchit bien, cet effet pourrait également être utilisé pour la production d'énergie durable. Mais avant tout, il faut donner au bois les propriétés appropriées. En effet, le bois n'est pas assez flexible sans traitement spécial ; lorsqu'il est soumis à une contrainte mécanique, il ne crée donc qu'une très faible tension électrique dans le processus de déformation.

Même une faible pression peut générer une tension électrique dans l'éponge de bois. Image: ACS Nano / Empa

Jianguo Sun, doctorant dans l'équipe d'Ingo Burgert, a appliqué un processus qui constitue la base de divers développements ultérieurs du bois : la délignification. Les parois cellulaires du bois sont constituées de trois substances de base : lignine, hémicelluloses et cellulose. "La lignine est ce dont un arbre a besoin en premier lieu pour pouvoir pousser en hauteur. Cela ne serait pas possible sans la lignine, une substance stabilisante qui relie les cellules et empêche les fibrilles rigides de la cellulose de se déformer", explique Ingo Burgert. Afin de transformer le bois en un matériau facilement déformable, la lignine doit être au moins partiellement "extraite". Pour ce faire, on place le bois dans un mélange de peroxyde d'hydrogène et d'acide acétique. La lignine est dissoute dans ce bain d'acide, laissant une structure de couches de cellulose. Dans ce processus, l'équipe de Ingo Burgert a voulu travailler avec des procédés relativement simples et respectueux de l'environnement : "Nous tirons parti de la structure hiérarchique du bois sans le dissoudre au préalable, comme c'est le cas dans la production de papier, et sans avoir ensuite à réintégrer les fibres". L'éponge de bois blanc qui en résulte est constituée de fines couches de cellulose superposées qui peuvent être facilement pressées ensemble et ensuite s'étendre à nouveau pour retrouver leur forme originale - le bois est devenu pratiquement élastiquement déformable.

Voici comment fonctionne un nanogénérateur piézoélectrique : une fois la structure rigide en bois dissoute, il reste des couches de cellulose souples. Lorsque cette structure est comprimée, les zones différemment chargées sont déplacées de telle sorte qu'une tension électrique est générée et peut ensuite être récoltée. Image: ACS Nano / Empa

Le groupe de recherche a soumis le cube d'essai avec un côté long d'environ 1,5 cm à environ 600 cycles de charge. Le matériau a fait preuve d'une stabilité étonnante. À chaque charge, les chercheurs ont mesuré une tension d'environ 0,63 V - une tension qui serait utile pour une application en tant que capteur. Dans le cadre d'autres expériences, l'équipe a tenté de sonder l'éventuelle extensibilité de ce nanogénérateur. Ils ont pu montrer, par exemple, que 30 de ces blocs de bois, lorsqu'ils sont chargés parallèlement au poids d'un adulte, peuvent éclairer même un simple écran LCD. Il serait donc concevable d'avoir un parquet qui convertit l'énergie de la marche en électricité. Les chercheurs ont testé son aptitude en tant que capteur sensible à la pression sur la peau humaine et ont prouvé qu'il pouvait également être utilisé dans le domaine médical.

Cependant, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que le bois "piézo" puisse être utilisé comme capteur ou même comme parquet générateur d'électricité. Mais les avantages d'un tel système piézoélectrique simple mais renouvelable et biodégradable sont évidents - et sont actuellement étudiés par Ingo Burgert et ses collègues dans le cadre d'autres projets de recherche.