Un résidu abondant de l’industrie papetière pourrait rendre la fibre de carbone plus accessible. Des chercheurs de l’université Washington de Saint-Louis ont conçu un précurseur incorporant de la lignine, avec 50 % de polyacrylonitrile issu du pétrole en moins et un coût de production réduit de 25 %.
L’enjeu dépasse la simple valorisation d’un déchet. Cette méthode vise à conserver une structure suffisamment performante pour envisager des applications automobiles, alors que le prix de la fibre de carbone limite encore son utilisation à grande échelle.
Un déchet du papier remplace une partie du pétrole
La fibre de carbone conventionnelle repose largement sur le polyacrylonitrile, également appelé PAN. Ce polymère synthétique dérivé du pétrole peut représenter jusqu’à la moitié du coût total de fabrication.
Les chercheurs ont remplacé une partie de ce matériau par de la lignine issue de la production de papier et des bioraffineries. Ce polymère naturel renouvelable est disponible en grandes quantités, mais il est fréquemment considéré comme un résidu ou brûlé pour produire de l’énergie.
Son incorporation permettrait donc de réduire la dépendance aux matières premières pétrolières, tout en diminuant sensiblement les émissions de carbone liées au procédé, d’après l’équipe scientifique.
Des nanotubes pour organiser la matière
Remplacer le PAN ne suffisait pas. La résistance de la fibre dépend fortement de l’alignement de sa structure cristalline. Pour résoudre cette difficulté, les ingénieurs ont ajouté des nanotubes de carbone à simple paroi.
Ces éléments minuscules jouent un rôle comparable à celui d’une armature : ils favorisent l’orientation des cristaux à l’intérieur du mélange constitué de lignine et de PAN. L’objectif est de compenser la modification de la composition chimique par un meilleur contrôle de l’organisation interne.
Une fabrication menée en trois étapes
Le précurseur est transformé en fibres par filage humide, une technique consistant à faire passer la matière à travers de petites ouvertures. Les fibres subissent ensuite un traitement thermique sous tension, puis une carbonisation optimisée.
Cette succession d’opérations augmente la quantité de matière cristalline et améliore son orientation. Selon les chercheurs, le matériau obtenu atteint pour la première fois avec cette base renouvelable le niveau de qualité recherché pour la construction automobile.
Des voitures aux éoliennes
L’automobile constitue la première cible évoquée. Une fibre moins chère pourrait permettre d’alléger davantage de véhicules sans sacrifier leur résistance, au lieu de réserver ce matériau à des modèles ou composants particulièrement coûteux.
D’autres débouchés sont également envisagés :
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- les pales d’éoliennes ;
- les équipements sportifs ;
- les composants aéronautiques et spatiaux ;
- les infrastructures énergétiques.
La recherche, publiée dans la revue scientifique Matter, présente toutefois une méthode et non l’annonce d’une commercialisation immédiate. À retenir : la lignine peut remplacer la moitié du PAN et abaisser les coûts annoncés de 25 %, mais le passage à une production industrielle à grande échelle reste encore à démontrer.
