L'aérogel d'amidon, un isolant biosourcé plein de promesses

Pois — L'amidon de pois : le constituant des champions (des isolants) ! © Rasbak - Wikimedia CC

RECHERCHE. Les aérogels de silice, ces matériaux très légers et super-isolants, sont l'objet de nombreux travaux, mais leur fragilité est un frein à une utilisation pratique. Le développement d'aérogels issus d'amidon, plus résistants et totalement verts, pourrait résoudre ce problème. Entretien avec Lucile Druel, doctorante au Cemef-Mines ParisTech, spécialiste de la question.

Les aérogels sont des matériaux qui offrent de grandes perspectives en termes d'isolation : il s'agit en fait de gels dans lesquels le liquide est remplacé par de l'air, ce qui débouche sur un matériau extrêmement léger aux propriétés thermiques remarquables. Lucile Druel, jeune chercheuse au Centre de Mise en Forme des Matériaux (Cemef) de Mines Paris-Tech, explique : "Leur conductivité thermique est inférieure à celle de l'air, d'où leur appartenance à la catégorie des super-isolants. On peut donc envisager d'utiliser ces matériaux dans l'isolation thermique des bâtiments". Cependant, l'aérogel de silice présente un gros inconvénient : il est extrêmement fragile. D'où l'idée de recourir à des bio-aérogels fabriqués à partir de polymères naturels, comme la cellulose, la pectine ou l'amidon.

Très isolant mais encore trop sensible à l'humidité

Le docteur Tatiana Budtova nous avait révélé, en 2015, les secrets de l'aéropectine issue de zestes d'agrumes. Aujourd'hui, sa doctorante évoque les travaux réalisés sur les amidons de pois et de maïs : "L'aérogel d'amidon est différent de celui de pectine. Mais c'est aussi un super-isolant thermique, qui présente le même problème : il est très hygroscopique, c'est-à-dire qu'il prend l'humidité, bien qu'un peu moins sensible. Il est moins fragile que l'aérogel de silice et son isolation thermique est légèrement plus faible". Le coefficient de conductivité thermique se situerait aux alentours de 0,022 W/(m.K), là où celui de l'air est de 0,025. La laine de roche et le polystyrène sont bien moins performants, évoluant vers les 0,035 W/(m.K).

Les travaux consistent donc à améliorer les caractéristiques de ces biomatériaux. Lucile Druel liste les changements possibles : "L'amidon est constitué de deux polymères : l'amylose et l'amylopectine, la proportion de ces polymères va varier en fonction de leur source. Par exemple, l'amidon de maïs que nous avons utilisé contenait plus d'amylose que l'amidon de pois. Il offre une performance qui est légèrement inférieure". Elle poursuit : "Il est possible d'utiliser de l'amidon modifié chimiquement mais sa dissolution deviendra très difficile. Le but serait de fonctionnaliser la chaîne de polymère ou de recouvrir l'aérogel d'un coating pour rendre le matériau plus hydrophobe".

Le nerf de la guerre

Autre axe de recherche, l'amélioration de la performance thermique, cette fois en modifiant le procédé de fabrication : l'amidon est d'abord dissous dans l'eau à certaines conditions de pression et de température, sous agitation mécanique afin de disperser et casser ses grains. La solution est ensuite placée à 4 °C pour l'étape de "rétrogradation" où le gel se forme, et dont la durée peut être changée. Dans ce gel, l'eau est remplacée par un non-solvant compatible avec le CO2, lors d'une étape de séchage supercritique. Là encore, il serait possible de substituer de l'acétone à l'éthanol utilisé, ce qui modifierait les caractéristiques du produit final. "Il y a un aspect écologique : l'éthanol ou l'acétone sont certes inflammables mais pas dangereux pour l'environnement. Le procédé est donc biosourcé et vert", nous apprend la doctorante. Lors de l'étape finale, le non-solvant est à son tour remplacé par de l'air.