Un nouveau biomatériau bactérien promet de remplacer le plastique

Des scientifiques des universités de Rice et de Houston ont conçu une technique innovante pour transformer la cellulose produite par des bactéries en un matériau multifonctionnel d’une résistance exceptionnelle. Cette avancée, publiée dans Nature Communications, ouvre la voie à une alternative écologique aux plastiques issus de la pétrochimie.

La cellulose bactérienne, biopolymère naturel parmi les plus purs et abondants, est au cœur de cette recherche dirigée par Muhammad Maksud Rahman, professeur assistant en ingénierie mécanique et aérospatiale à l’Université de Houston et professeur adjoint à Rice. L’objectif est de produire à grande échelle des feuilles de cellulose aux propriétés mécaniques et thermiques remarquables, capables de remplacer les plastiques dans des domaines aussi variés que l’emballage ou l’électronique.

Alignement bactérien pour optimiser la résistance

Traditionnellement, les fibres de cellulose bactérienne croissent de manière aléatoire, limitant leur robustesse. Les chercheurs ont développé un bioréacteur rotatif qui contrôle le déplacement des bactéries productrices, alignant ainsi les nanofibrilles de cellulose pendant leur croissance.

Cette méthode permet d’obtenir des feuilles présentant une résistance à la traction pouvant atteindre 436 mégapascals, soit des valeurs comparables à certains métaux et verres. En intégrant des nanosheets de nitrure de bore durant la synthèse, ils ont créé un matériau hybride encore plus résistant, avec une résistance d'environ 553 mégapascals, tout en améliorant la dissipation thermique, trois fois plus rapide que les échantillons témoins.

Vers une production industrielle multifonctionnelle

Le procédé, à la fois évolutif et réalisé en une seule étape, offre la possibilité d’incorporer facilement divers additifs à l’échelle nanométrique, permettant d’adapter les propriétés du matériau aux besoins spécifiques. Cette flexibilité ouvre des perspectives dans la fabrication de matériaux structuraux, systèmes de gestion thermique, textiles, emballages, électronique verte et technologies de stockage d’énergie.

« Nous avons essentiellement entraîné un groupe de bactéries à se déplacer de façon disciplinée, alignant précisément leur production de cellulose », explique M.A.S.R. Saadi, doctorant en science des matériaux à Rice et premier auteur de l’étude. « Cette approche dynamique de biosynthèse permet de concevoir des matériaux plus solides et multifonctionnels. »

Une avancée interdisciplinaire pour un avenir durable

Cette recherche illustre la synergie entre science des matériaux, biologie et nanoingénierie. Muhammad Maksud Rahman souligne que ces feuilles de cellulose bactérienne, solides, polyvalentes et respectueuses de l’environnement, pourraient devenir omniprésentes, contribuant à réduire l’impact écologique des plastiques dans de nombreux secteurs industriels.

Le travail a bénéficié du soutien de la National Science Foundation, de l’U.S. Endowment for Forestry and Communities et de la Welch Foundation. Les auteurs précisent que les opinions exprimées restent de leur responsabilité exclusive.

Référence : « Flow-induced 2D nanomaterials intercalated aligned bacterial cellulose » par M.A.S.R. Saadi et al., Nature Communications, 1er juillet 2025. DOI : 10.1038/s41467-025-60242-1.