Nanocellulose cristalline

Pas un produit du bois ordinaire!

Technologie axée sur la nanocellulose cristalline (CNC)

La CNC est de la cellulose sous forme cristalline qui est dérivée de la biomasse ligneuse et transformée en flocons solides, en liquide ou en gel. Plusieurs caractéristiques essentielles comme sa solidité, sa réaction électromagnétique et sa grande surface de contact servent de fondement pour la fabrication de matériaux nouveaux et perfectionnés au moyen de la nanotechnologie.

Par l’entremise de FPInnovations, le gouvernement du Canada collabore avec le gouvernement du Québec et Domtar pour améliorer et commercialiser les technologies axées sur la nanocellulose cristalline. Ce projet pilote de grande envergure de démonstration des technologies transformatrices de 32,4 millions de dollars appuie la construction d’installations supplémentaires à l’usine de pâtes et papiers de Domtar, à Windsor (Québec).

Les nouvelles installations produiront une tonne de CNC par jour pour la fabrication d’enduits spécialisés et de matériaux nouveaux dérivés de copeaux de bois de feuillus. Les nouvelles installations seront les premières de cette taille dans le monde et représenteront donc un tournant et un moment historique dans la création d’une nouvelle série de produits industriels et de consommation renouvelables issus de la biomasse forestière.

Le Programme des technologies transformatrices (PTT) est administré par FPInnovations, l’institut canadien de recherche forestière. Il permet l’étude des méthodes novatrices d’utilisation du bois.

L’une des voies de recherche les plus excitantes du programme vise la création de nouveaux matériaux à partir de cellulose, la composante principale des parois cellulaires des arbres et autres végétaux. Sous sa forme quasi pure, la cellulose a une structure moléculaire cristalline minuscule, et cette substance, connue sous le nom de cellulose nanocristalline, ou CNC, possède des propriétés et des utilisations intrigantes.

Utilisations éventuelles de la CNC

La CNC améliore la résistance et la rigidité des matériaux auxquels elle est incorporée. Une petite quantité de CNC peut en effet tripler la résistance au stress de la matière, ce qui en fait un matériau de renforcement intéressant et très performant.

La CNC peut aussi modifier la surface de matériaux, tel le papier, en changeant leur perméabilité, leur résistance, leur flexibilité et leurs propriétés optiques. C’est ainsi que l’ajout d’un peu de CNC au papier en améliore le lustre de manière notable. La CNC améliore aussi la résistance à la traction, la rigidité, la rugosité de surface et l’épaisseur du papier, ce qui ouvre la voie à de nouveaux types de papiers aux applications novatrices de même qu’à la création de peintures, de vernis et de matériaux de pointe à résistance élevée.

Les pellicules faites de CNC ont des reflets irisés, ce qui les rend idéales pour la décoration du papier. Les pellicules optiques composées en partie de CNC peuvent quant à elles être utilisées dans les emballages de spécialité, les biocapteurs et les dispositifs de sécurité, et elles pourraient même participer à la prévention de la contrefaçon.

Aussi, en raison de sa sensibilité aux champs magnétiques et électriques, la CNC pourrait s’avérer utile en tant que composante de papiers magnétiques, de cartes mémoire, de lecteurs de cartes mémoire et d’autres produits électroniques.

Les avancées de la CNC

FPInnovations étudie cette substance fascinante depuis maintenant plus de deux ans (avec le soutien du PTT) et a conçu un procédé de production de CNC sous plusieurs formes, soit sous forme de poudre, de gel, de suspension, de filament et de film. En fait, depuis que son équipe de recherche a réussi à mettre au point une technique d’extraction de la substance utilisant la pâte de papier (voir l’encadré), FPInnovations s’est taillé une place de chef de file dans la production à grande échelle de CNC en laboratoire. Cette avancée s’avère d’une grande importance puisqu’elle permet l’utilisation de la CNC dans des applications commerciales.

Lorsque le procédé de production aura fait l’objet d’un projet pilote et que la CNC sera plus accessible, la voie sera ouverte à de nombreuses applications dans des secteurs autres que celui des pâtes et papiers. Les industries aérospatiale et automobile comptent parmi les groupes intéressés à utiliser la CNC comme constituant de matériaux composites légers très résistants, et les secteurs alimentaire et des produits médicaux entendent aussi étudier ses utilisations.

Une caractéristique de la CNC la rendant très attrayante pour les industries du 21e siècle est son « quotient vert » potentiellement élevé. La CNC est en effet produite à partir de ressources naturelles renouvelables et recyclables (la pâte en est la source principale), et les tests effectués jusqu’à présent semblent indiquer que la substance est virtuellement non toxique et que sa production ne pose aucun risque important d’atteinte à l’environnement.

Il y a encore beaucoup à apprendre au sujet de la CNC, et les chercheurs de FPInnovations continueront d’étudier ce produit au cours des années à venir. Il ne fait cependant aucun doute que ces minuscules cristaux sont voués à mener le marché du bois dans de nouvelles directions qui sortiront de l’ordinaire.