L’amélioration de la cellulose bactérienne pourrait déboucher sur des matériaux plus solides et plus respectueux de l’environnement à usage quotidien
Dans un monde envahi par les déchets plastiques, causant des dégâts environnementaux incalculables, Maksud Rahman, professeur adjoint en génie mécanique et aérospatial à l’université de Houston, a mis au point un procédé permettant de transformer la cellulose bactérienne, un matériau biodégradable, en un matériau multifonctionnel susceptible de remplacer le plastique.
Oui, ce matériau pourrait bien devenir votre prochaine bouteille d’eau jetable, mais aussi bien d’autres choses encore, comme des matériaux d’emballage ou même des pansements, le tout fabriqué à partir d’un biopolymère abondant et biodégradable présent sur Terre : la cellulose bactérienne.
« Nous pensons que ces feuilles de cellulose bactérienne solides, multifonctionnelles et écologiques deviendront omniprésentes, qu’elles remplaceront les plastiques dans diverses industries et qu’elles contribueront à atténuer les dommages causés à l’environnement », a précisé M. Rahman, qui présente ses travaux dans la revue Nature Communications.
« Nous présentons une stratégie ascendante simple, en une seule étape et évolutive pour biosynthétiser des feuilles de cellulose bactérienne robustes avec des nanofibrilles alignées et des feuilles hybrides multifonctionnelles à base de cellulose bactérienne en utilisant les forces de cisaillement de l’écoulement des fluides dans un dispositif de culture rotatif. Les feuilles de cellulose bactérienne qui en résultent présentent une grande résistance à la traction, une grande flexibilité, une grande pliabilité, une grande transparence optique et une grande stabilité mécanique à long terme », a déclaré M.A.S.R. Saadi, étudiant en doctorat à l’université de Rice, premier auteur de l’étude. Shyam Bhakta, chercheur postdoctoral en biosciences à l’université Rice, a contribué à la mise en œuvre biologique.
Les préoccupations croissantes concernant les effets néfastes des matériaux à base de pétrole et non dégradables sur l’environnement ont intensifié la demande d’alternatives durables, telles que les matériaux naturels ou biomatériaux. La cellulose bactérienne est apparue comme un biomatériau potentiellement intéressant, car elle est naturellement abondante, biodégradable et biocompatible.
Afin de renforcer la cellulose et de lui conférer davantage de fonctionnalités, l’équipe a incorporé des nanofeuilles de nitrure de bore dans le liquide qui alimente les bactéries, et a fabriqué des nanofeuilles hybrides de cellulose bactérienne et de nitrure de bore présentant des propriétés mécaniques (résistance à la traction pouvant atteindre ~ 553 MPa) et thermiques (taux de dissipation thermique trois fois plus rapide que les échantillons) encore meilleures.
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« Cette approche de biofabrication évolutive en une seule étape, qui permet d’obtenir des feuilles de cellulose bactérienne alignées, solides et multifonctionnelles, ouvrirait la voie à des applications dans les matériaux de structure, la gestion thermique, l’emballage, les textiles, l’électronique verte et le stockage d’énergie », a déclaré M. Rahman.
« Nous guidons essentiellement les bactéries pour qu’elles se comportent de manière ciblée. Plutôt que de se déplacer au hasard, nous dirigeons leur mouvement, de sorte qu’elles produisent de la cellulose de manière organisée. Ce comportement contrôlé, combiné à notre méthode de biosynthèse flexible avec différents nanomatériaux, nous permet d’obtenir simultanément un alignement structurel et des propriétés multifonctionnelles dans le matériau. »
Et par « mouvement », M. Rahman entend « rotation », en introduisant un dispositif de culture rotatif spécialement conçu, dans lequel les bactéries productrices de cellulose sont cultivées dans un incubateur cylindrique perméable à l’oxygène, qui tourne en continu à l’aide d’un axe central afin de produire un flux de fluide directionnel. Ce flux entraîne un déplacement directionnel constant des bactéries.
« Cela améliore considérablement l’alignement des nanofibrilles dans les feuilles de cellulose bactérienne en vrac », a conclu M. Rahman. « Ce travail est un exemple parfait de science interdisciplinaire à la croisée de la science des matériaux, de la biologie et de la nano-ingénierie. »
Article : « Flow-induced 2D nanomaterials intercalated aligned bacterial cellulose » – DOI : 10.1038/s41467-025-60242-1
Source : U. Houston
