Nous sommes en 2035. L’activité humaine s’appuie désormais sur des champs d’éoliennes, dont les pales sont fabriquées à partir de graminées à croissance rapide et des racines d’un champignon vieux d’un million d’années.
Valeria La Saponara, experte en composites polymères et professeure au département de Mécanique et d’Aérospatiale de l’UC Davis (Californie US), a une vision : développer des pales d’éoliennes compostables et écologiques à partir de bambou et de mycélium, le système racinaire fongique qui porte les champignons.
Le défi environnemental du traitement des pales d’éoliennes
L’énergie éolienne est l’une des sources d’énergie renouvelable qui se développe le plus rapidement en Californie et dans le monde. C’est un élément clé de la voie de la Californie vers la neutralité carbone d’ici 2045. La Chine, qui représente plus de la moitié de la production éolienne mondiale, prévoit de construire un parc éolien capable d’alimenter 13 millions de foyers d’ici 2025, dans le cadre de son objectif de neutralité carbone pour 2060.
L’expansion de l’énergie éolienne est en grande partie une bonne nouvelle. Cependant, à mesure que cette source d’énergie renouvelable se développe, une solution écologiquement viable est nécessaire pour le nombre exponentiellement croissant de pales d’éoliennes destinées aux décharges.
Les pales d’éoliennes sont énormes
En 2021, le diamètre moyen d’un rotor aux États-Unis était de 418 pieds, donc une seule pale est presque aussi grande que l’envergure d’un Boeing 747. Conçues pour résister aux vents forts et aux conditions météorologiques, les pales ont une durée de vie d’environ 20 ans avant d’être mises à la retraite ou remplacées.
La plupart sont construites en utilisant une structure composite de fibre de verre/époxy construite sur du bois de balsa, qui ajoute de la stabilité et de la flexibilité. Les options de recyclage sont très limitées, coûteuses et engendrent les impacts supplémentaires de l’empreinte carbone liés au transport.
La plupart des pales d’éoliennes finissent en décharge.
Rien qu’aux États-Unis, plus de 2 millions de tonnes de pales déclassées devraient être envoyées en décharge d’ici 2050, selon une étude récente ; au niveau mondial, la masse de toutes les pales qui devraient être retirées d’ici 2050 pourrait atteindre 43 millions de tonnes.
L’utilisation du bois de balsa a un impact écologique dévastateur supplémentaire. L’essor de l’industrie éolienne a provoqué une sur-exploitation forestière dans la forêt amazonienne équatorienne, entraînant une déforestation non contrôlée et des préjudices sociaux pour les communautés indigènes de la région. Certains fabricants ont commencé à passer aux plastiques PET, ajoutant aux millions de tonnes de déchets PET dans l’environnement.
Conception de pales d’éoliennes compostables
Pour Valeria La Saponara, la pollution des pales éoliennes est un problème urgent.
« Nous voulons une énergie propre, mais l’énergie propre ne doit pas polluer l’environnement, et elle ne peut pas causer de déforestation« , a déclaré Valeria La Saponara. « Si nous faisons de l’énergie propre, ce n’est pas pour déforester la forêt amazonienne. Nous voulons être de bons citoyens pour tout le monde. »
Valeria La Saponara imagine une pale d’éolienne compostable construite avec du bambou tissé, du mycélium et de la biomasse provenant des déchets agricoles de la Central Valley de Californie, à la place de la fibre de verre et du bois de balsa. Elle a commencé à travailler avec le mycélium en 2019, lorsqu’elle cherchait une alternative aux plastiques à base de combustibles fossiles des doublures de casques de vélo. Le mycélium est une substance incroyablement polyvalente, et le laboratoire de La Saponara a étudié les possibilités de l’utiliser comme une alternative à faible émission de carbone, à faible toxicité et compostable aux matériaux non dégradables comme le polyuréthane et l’acrylique.
Passer à un projet aussi vaste et complexe que les pales d’éoliennes est une étape supérieure qui implique un groupe hautement collaboratif.
« Le projet se développe comme un champignon« , a plaisanté La Saponara. « Créer ce design nécessite le travail de plusieurs disciplines.«
En plus de la co-enquêtrice principale Barbato, qui soutiendra le développement structurel, et de l’ingénieur de recherche Shuhao Wan, le projet comprend un groupe diversifié d’étudiants-chercheurs en ingénierie et en design.
Combinaison de matériaux durables : bambou et mycélium
Par chance, Valeria La Saponara a dans son équipe un chercheur hautement pluridisciplinaire qui est aussi un artisan du bambou qualifié : Shuhao Wan, l’ingénieur de recherche en instrumentation et design du laboratoire, a travaillé avec le bambou en tant que hobby, construisant des maquettes de navires dans des bouteilles. Wan teste différentes manières de tisser les roseaux de bambou.
Pendant ce temps, l’équipe travaille à l’optimisation des supports pour la croissance et l’attachement de la couche de mycélium. Le mycélium est un matériau incroyable car il peut pousser là où il va être utilisé – tant que les conditions sont bonnes. La masse fongique peut prospérer dans les déchets, des marc de café aux plastiques jetés, avec une alimentation influençant sur ses propriétés. Mais le mycélium ne mange pas tout, et le bambou naturellement antifongique ne figure pas au menu. L’équipe fait des essais pour incorporer des déchets textiles de post-consommation, ce qui pourrait offrir l’avantage de cultiver le mycélium en utilisant des déchets qui seraient autrement destinés à être mis en décharge.
Test des pales d’éoliennes en mycélium-bambou
L’équipe a récemment construit un prototype pour commencer les tests.
« Nous voulons effectuer des tests structurels pour savoir quelle vitesse de rotation nous pouvons atteindre, quelle puissance nous pouvons générer« , a déclaré La Saponara.
Le composite mycélium-bambou remplacera les pales d’une éolienne commerciale de 1 kilowatt installée près du laboratoire STEEL, partie du Western Cooling Efficiency Center, loin du campus central. Valeria La Saponara a déclaré qu’ils testeront également la résilience de ces pales, s’assurant qu’elles peuvent résister à des vents de 85 miles à l’heure.
« Une fois que nous aurons la preuve de concept pour 1 kilowatt, qui est une quantité d’énergie raisonnable, alors nous pourrons commencer à travailler avec des entreprises pour la commercialisation de ce concept pour des applications d’énergie distribuée« , a t-elle ajouté.
Il s’agit des premiers pas vers l’objectif final de dimensionner les pales pour une utilisation mondiale. En fait, les pales pourraient aider dans les régions touchées par des catastrophes naturelles, où des solutions énergétiques sont rapidement nécessaires, et l’énergie éolienne pourrait être jumelée avec des panneaux solaires.
« Ce que nous faisons actuellement ne fonctionne plus« , a-t-elle conclu. « Nous sommes à un point de basculement dans l’environnement, et notre prochaine génération sera celle qui paiera le prix le plus fort. Finalement, on ne peut pas parler d’ingénierie environnementale sans parler de justice environnementale. »
