Le bois devient high-tech

Le bois a le potentiel de remplacer le pétrole dans la chimie et le béton dans la construction, indiquent les travaux du Programme national de recherche « Ressource bois ». Ils montrent comment extraire du bois des composés chimiques précieux, améliorer ses propriétés pour le bâti, et repenser la gestion des forêts.

Le bois n’est pas qu’un matériau traditionnel: il offre un très grand potentiel d’innovation comme composants high-tech et matière première pour la chimie. C’est l’une des conclusions du Programme national de recherche « Ressource bois » (PNR 66), qui s’achève après cinq ans de travaux.

Les recherches du PNR 66 ont développé de nouvelles techniques de construction et analysé la gestion des forêts suisses. « Etudier une telle ressource naturelle exige de procéder de manière globale et synthétique« , souligne Martin Riediker, président du comité de direction du PNR 66. « Nous avons pu ainsi dégager une vue d’ensemble de la situation et identifier de nombreuses pistes prometteuses pour mieux exploiter le potentiel du bois. L’innovation jouera un rôle essentiel.« 

Le bois remplace le pétrole

Basée principalement sur le pétrole et le charbon, la chimie organique doit s’adapter à l’épuisement des ressources fossiles. La biomasse végétale constitue une alternative réaliste, montrent une série de projets du PNR 66. Différentes équipes basées à l’EPFL, l’ETH Zurich et la Haute école spécialisée de la Suisse du Nord-Ouest (FHNW) ont développé de nouveaux procédés pour transformer les principaux composant du bois – la cellulose et la lignine – en composés aromatiques et en d’autres produits intermédiaires importants pour l’industrie chimique. Sviatlana Siankevich de l’EPFL a cofondé la startup Embion pour commercialiser ses résultats.

Les projets du PNR 66 sont allés de la recherche fondamentale aux applications. Michael Studer de la Haute école bernoise a réussi à améliorer les processus de fermentation du hêtre pour la production d’éthanol, un carburant courant. Une usine de production pilote est en cours de discussion dans le canton du Jura avec un partenaire industriel et un fournisseur de bois. François Maréchal de l’EPFL a développé des outils numériques pour optimiser le dimensionnement des bioraffineries. En tirant également parti d’un modèle informatique, Tilman Schildhauer du PSI a pu optimiser la production de biométhane.

Un matériau traditionnel qui innove

« Pour avoir un avenir, le bois doit se réinventer« , avance Martin Riediker. « Il est apprécié comme matériau noble, mais nous devons mieux exploiter son potentiel d’innovation comme composant de haute technologie. » Ingo Burgert de l’Empa et l’ETH Zurich a réussi à incorporer un polymère dans les parois cellulaires parcourant le bois afin de le rendre davantage hydrofuge et stable; ses collaborateurs ont fondé la startup Swiss Wood Solution pour commercialiser de nouveaux matériaux boisés. A l’inverse, un projet mené par Christoph Weder à l’Institut Adolphe Merkle de Fribourg a inséré de la cellulose extraite d’arbres dans des polymères afin d’améliorer leurs propriétés mécaniques.

Heiko Thoemen de la Haute école bernoise a amélioré les processus de fabrication de planches sandwich renfermant une mousse plastique entre deux plaques de bois, des composés courants dans les meubles préfabriqués vendus en pièces détachées. A la Haute école d’ingénierie et d’architecture de Fribourg, Daia Zwicky a développé un béton très léger en remplaçant une partie du sable par de la sciure.

Le programme a attaché une grande importance aux transferts de connaissances et de technologie entre recherche, industrie et autorités, notamment à travers 17 manifestations et ateliers thématiques. Le résultat: des interactions intensives avec plus de 200 professionnels externes, la création de trois startups et de nombreuses déclarations d’intentions pour la poursuite de collaborations en R&D.

L’une des recommandations centrales du PNR 66 est la création d’un « Centre de compétence pour le bioraffinage » ainsi que d’un « Centre de recherche et développement Innovations Bois Suisse« . Une stratégie bioéconomique helvétique est également nécessaire, dans laquelle la ressource bois devra trouver son rôle adéquat.

« Exploiter les forêts fait sens sur le plan écologique et de la biodiversité: cela permet de stocker le CO2 pendant des décennies et d’atténuer ainsi l’effet de serre« , note Martin Riediker. « Nous entretenons un rapport très émotionnel, voir intime avec le bois. C’est le matériau des vieux meubles et du chalet de notre enfance. Mais le bois permet bien plus. La Suisse dispose d’un grand savoir-faire en matière de construction et d’innovation. Les acteurs doivent se rassembler afin de faire mieux tirer parti de cette ressource naturelle et renouvelable.« 

PNR 66 projects à l’Empa

Structures en bois antisismiques pour les bâtiments à plusieurs étages

Les risques causés aux bâtiments par les tremblements de terre font l’objet d’études plus approfondies en Suisse depuis ces dernières années. Les constructions en bois doivent elles aussi répondre aux impératifs de cette nouvelle sensibilité. L’objectif du projet était de déterminer le comportement des connexions et des éléments muraux, ainsi que d’un bâtiment soumis à des forces horizontales, lors de tremblements de terre ou de rafales de vent violent. Les résultats ainsi obtenus ont permis d’émettre des recommandations sur une structure en bois optimisée pour les bâtiments en bois élevés sur plusieurs étages, ainsi que des méthodes d’évaluation appropriées.

Nanofibrilles de cellulose (NFC) dans les revêtements pour surfaces en bois

Le bois est un matériau de construction apprécié en usage extérieur. Le projet a consisté à examiner l’emploi de nanofibrilles de cellulose en tant que nouvel additif dans les revêtements protecteurs en bois. Ce composant peut jouer un rôle important dans la lutte contre les intempéries et les micro-organismes du fait de ses propriétés multifonctionnelles.

Bois et matériaux dérivés aux propriétés améliorées pour la construction en bois

Le bois est un excellent matériau, mais son utilisation polyvalente est partiellement limitée par un certain nombre de propriétés indésirables. Le projet avait pour but d’améliorer le bois et ses matériaux dérivés grâce à une modification des parois cellulaires et des surfaces fibreuses par le biais de la chimie de polymérisation et des procédés hérités des nanotechnologies. Toutes ces évolutions sont bénéfiques au secteur de la construction en bois.