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RICHLAND, Wash.–La Californie a la Silicon Valley. Une Silicon Forest à Washington pourrait-elle être la prochaine ? Une équipe de spécialistes des matériaux du Pacific Northwest National Laboratory est sur le coup.
Yongsoon Shin et ses collègues du laboratoire du département de l’énergie ont converti du bois en minéral, réalisant en quelques jours ce que la nature met des millions d’années à faire dans des endroits comme la forêt pétrifiée de Gingko, à une heure en amont du fleuve Columbia. Là, des arbres probablement abattus lors d’une éruption cataclysmique et, enterrés sans oxygène sous la lave, ont lessivé leurs composés ligneux et épongé les minéraux du sol au cours des éons.
Le voyage du bois pétrifié de Shin a commencé de manière moins dramatique, à quelques minutes de là, chez Lowe’s, rapporte le groupe de Shin dans le numéro actuel de la revue Advanced Materials, dans la cour à bois de la chaîne de bricolage,. Ils y ont récupéré leur matière première : des planches de pin et de peuplier. De retour au PNNL, ils ont soumis un cube de bois d’un centimètre de côté à un bain d’acide pendant deux jours, l’ont trempé dans une solution de silice pendant deux autres jours (pour de meilleurs résultats, répétez cette étape jusqu’à trois fois), l’ont séché à l’air libre, l’ont introduit dans un four rempli d’argon progressivement porté à 1 400 degrés centigrades pour le cuire pendant deux heures, puis l’ont laissé refroidir dans l’argon jusqu’à température ambiante.
Presto. Du bois pétrifié instantané, la silice s’installant définitivement avec le carbone restant dans la cellulose pour former une nouvelle céramique de carbure de silicium, ou SiC. Le matériau « reproduit exactement l’architecture du bois », selon Shin.
Bien qu’il soit peu probable que les puces de SiC remplacent les puces d’ordinateur, les scientifiques des matériaux s’intéressent aux nouvelles propriétés des céramiques construites sur des modèles de bois et, dans le laboratoire de Shin, d’autres matériaux naturels comme le pollen et les coques de riz. Le réseau complexe de microcanaux et de pores de la matière végétale offre d’énormes surfaces – dans le bois, 1 gramme de matériau aplati couvrirait un terrain de football – qui pourraient s’avérer utiles dans les séparations chimiques industrielles ou le filtrage des polluants des effluents gazeux.
La méthode de lixiviation à l’acide donne une reproduction identique et positive du bois. Si Shin veut capturer une impression négative, il peut modifier le pH pour favoriser l’extrémité inférieure de l’échelle.
« La réplique positive est bien meilleure en termes de surface et d’uniformité », a déclaré Shin. « Les formes négatives s’effondrent facilement, mais il est possible de fabriquer des matériaux de type fibre », où les minéraux remplissent les ouvertures en grain de bois.
PNNL (www.pnl.gov) est un laboratoire du DOE Office of Science qui résout des problèmes complexes dans les domaines de l’énergie, de la sécurité nationale, de l’environnement et des sciences de la vie en faisant progresser la compréhension de la physique, de la chimie, de la biologie et du calcul. Le PNNL emploie 3 900 personnes, dispose d’un budget annuel de 650 millions de dollars et est géré par Battelle, basé dans l’Ohio, depuis la création du laboratoire en 1965.