Les matériaux innovants, un curieux domaine à découvrir à travers ce nouvel article de la chronique cleantechs que j’anime pour l‘OPI (Office de la Promotion Industrielle) de Genève dans sa newsletter de septembre.

Le futur des technologies propres est lié à celui des nouveaux matériaux.

Le défi est « de découvrir de nouveaux matériaux afin de diminuer l’usage de ceux qui deviennent rares ou pour les remplacer », selon Joël Mesot, directeur de l’Institut Paul Scherrer, interviewé par Bilan.

L’objectif est de réduire ou de remplacer certains matériaux indispensables aujourd’hui à la production des énergies, la construction, nos moyens de transport ou nos usages quotidiens.

Survol de quelques applications pour diminuer platine, lithium, cobalt, nickel, magnésium et remplacer silicium, plomb, polymères polluants issus de la pétrochimie, voire même l’électricité par la lumière !

L’INTERCONNEXION DES USAGES: ON EST TOUS CONCERNES

Naturel, direz-vous que les domaines principaux de recherche de nouveaux matériaux correspondent aux plus grands domaines d’impacts environnementaux face aux consommations galopantes.

Chercheurs et industriels suisses s’activent notamment sur les domaines d’application suivants :

• Les polymères (plastiques) pour les rendre biodégradables et améliorer leur recyclage
• Les énergies dans la construction pour faciliter le déploiement du solaire et l’isolation des bâtiments
• L’éclairage
• Le chauffage par de nouvelles sources d’énergie comme les piles à combustibles
• Les technologies de l’information pour utiliser des composants moins polluants dans la production d’ordinateurs

QUAND LES MATERIAUX INNOVANTS DEVIENNENT ECOLOGIQUES

Prenons le cas des plastiques qui envahissent notre quotidien et représentent un fort contributeur à la pollution mondiale de la vie sur terre et mer. Il y a 4 facteurs clés qui commencent à impacter ce phénomène :

• Les législations
• Les décisions des grands distributeurs de sacs plastiques : grandes surfaces commerciales
• Les nouveaux polymères biodégradables
• Le comportement des consommateurs

Faut-il interdire les sacs plastiques ou y a-t-il d’autres solutions ?

Frédéric Mauch, fondateur et CEO de BioApply  partage sa vision du marché :

« Les choses bougent. En Suisse, un projet de loi est en cours pour interdire les sacs plastiques fabriqués à 100% d’hydrocarbures. Pour aider l’utilisateur, ce qui compte cependant, c’est la transparence de l’information et la traçabilité. Nous avons rejoins le respect-code initialisé par Robin Cornelius de Switcher : chaque lot de sacs produits et distribués comprend un code individuel que l’on peut   retrouver sur internet pour en comprendre les matériaux. En effet, il règne une confusion renforcée par des labels auto-proclamés. Le produit le plus fourbe est le sac oxo-dégradable qui n’est rien d’autre que le  vieux sac plastique polluant. Il se             dégrade certes mais en fragmentant tous ses composants toxiques ! »

Pour en savoir plus, découvrez l’article « Lumière sur les sacs plastiques : comment reconnaître le bon grain de l’ivraie ? »

Voici les gestes utiles que nous propose Michel Pikhanov, directeur des ventes de BioApply :

« Si vous avez besoin d’utiliser un sac plastique, apprenez à reconnaître un sac compostable, préférez-le à un autre contenant et une fois inutilisable, jetez le au compost avec son contenu de déchets verts ».

Bio express de BioApply :

BioApply, basée à gland, VD, contribue depuis 2006 à l’évolution du marché des emballages plastiques en concevant et produisant des emballages biodégradables. Avec sa gamme de sacs plastiques et produits dérivés, BioApply intervient à 80% sur le marché suisse et s’ouvre à l’international depuis 2 ans. Pour renforcer son impact, le fondateur de BioApply a créé une nouvelle entité BioApply Polymers en association avec Bruno Peter AG et bénéficie désormais d’un nouveau site industriel à Büren, BE. Sa structure légère et son agilité lui permettent mobilité et réactivité sur les marchés, tout en collaborant avec de grands acteurs industriels. En accompagnant ses clients de l’idée au produit fini, BioApply Polymers vise à augmenter l’adoption des matériaux biodégradables sur les marchés de l’automobile, du médical et de l’alimentaire.

MATERIAUX INNOVANTS PROMETTEURS

Le solaire

Le silicium est la matière organique de base qui compose les cellules solaires, elles-mêmes assemblées en modules puis en systèmes sur panneaux.

Or les coûts élevés des tranches de silicium cristallin ont encouragé l’industrie à rechercher des matières premières moins onéreuses pour la fabrication de cellules solaires. Le silicium amorphe en couches minces ou les polycristallins (ex. tellurure de cadmium, cuivre indium) sont les matériaux de synthèse les plus répandus. Ils captent tous très bien la lumière et peuvent être déposés sur de larges surfaces. La couche semi-conductrice en film mince peut être posée sur du verre enduit, de l’acier inoxydable ou des substrats plastiques. L’avantage est de présenter souplesse et légèreté. L’entreprise Flexcell à Neuchatel innove dans ce domaine.

Imaginez des futures surfaces solaires couvrant non seulement les toits mais aussi les murs de bâtiments, voire les trottoirs dans les rues.  Certains films solaires en couches minces photosensibles s’appliquent déjà en rouleaux ou en spray sur des surfaces vitrées. Les leaders mondiaux comme Dupont (dont le labo R&D PV est situé à Meyrin près de Genève) investiguent constamment pour augmenter les rendements de ces matériaux. Le film Kapton® 1) de Dupont (100 fois plus mince et 200 fois plus léger que le verre) atteint un nouveau record de rendement en juin 2011.

L’isolation

L’isolation de nos habitations est essentielle pour réduire la facture énergétique. Gramitech, basée dans le canton de Vaud, fabrique des nouveaux panneaux isolants en extrayant la fibre de cellulose de l’herbe. De surcroît, rien ne se perd dans ce procédé puisqu’il permet de séparer les fibres de cellulose des composés digestibles utilisés pour la production de biogaz !

L’éclairage

Remplacer les semi-conducteurs par une nouvelle technique de dépôt de différents oxydes en couches minces dans les ampoules basse consommation LED. Telle est une des multiples applications d’ABCD Technology, basée à Genève, qui performe dans l’assemblage chimique de couches minces par technologie laser.

Autre invention : les cellules solaires à colorant du Prof. Michael Grätzel, chimiste à l’EPFL. Elles imitent le phénomène naturel de la photosynthèse à partir des couleurs du spectre lumineux pour fabriquer de l’électricité. Les cellules peuvent produire de l’électricité dans un milieu à faible luminosité comme par exemple à l’intérieur d’un bâtiment. Elles pourraient s’avérer idéales pour des applications comme l’éclairage.

Les piles à combustibles

Cette technologie permettant de produire de l’électricité et de l’eau à partir d’hydrogène et d’oxygène est une grande utilisatrice de platine, essentiel au processus catalytique.

Substituer la céramique au platine dans les piles à combustibles et valoriser 50% de l’énergie du gaz d’une chaudière en générant chaleur pour l’eau et électricité, voici le tour de maître de HTceramix d’Yverdon.

« Les piles à combustibles sont complémentaires aux pompes à chaleur. En hiver les PAC consomment de l’électricité quand les piles à combustibles en produisent. Le surplus d’électricité produit en même temps que la chaleur est réinjecté dans les réseaux électriques. Ceci permet de lisser les pics de consommations hivernaux », selon Olivier Bucheli, CEO dans son interview dans Le Temps.

Composants électroniques et mémoires d’ordinateurs

Les découvertes continuent. Des transistors moins énergivores et toujours plus petits ? L’EPFL utilise la molybdénite (MoS2) à la place de silicium.

Pour 3DOxides, émanant de ABCD Technology, c’est la lumière qui peut se substituer à l’électricité dans les circuits informatiques des ordinateurs pour réduire les consommations d’énergies.

LA SUISSE BIEN OUTILLEE EN SCIENCE ET INDUSTRIE DES MATERIAUX?

Les nouveaux matériaux représentent un des cinq thèmes prioritaires de recherche dans la période 2012-2016. Parmi les matériaux innovants, il y a les renouvelables qui représentent près de 5% des brevets suisses et pour lesquels le potentiel est encore très large.

Les Ecoles Polytechniques, l’Institut de recherche Paul Scherrer, l’IMT-EPFL pour la recherche sur le solaire PV et l’EMPA pour la science des matériaux et Technologies, tous contribuent à faire émerger des matériaux innovants en relation avec l’industrie.

Sources :

Magazine technology By Bilan d’avril 2011: http://www.cleantech-alps.com/multimedia/docs/2011/05/Technology-by-Bilan_Cleantechs.pdf

Article « Lumière sur les sacs plastiques : comment reconnaître le bon grain de l’ivraie ? » sur le blog d’In-fuseon.

Article « Le solaire, petit tour d’horizon des techniques pour produire de l’électricité » sur le blog de moncarrésolaire