Pour Tanja Zimmermann, la recherche sur les matériaux est la colonne vertébrale du progrès technique. Environ deux tiers de toutes les innovations reposent directement sur des matériaux nouveaux ou améliorés, des batteries aux matériaux de construction en passant par les capteurs médicaux. L’approche de l’Empa, centre de compétence national qui développe des matériaux pour la construction, l’énergie et la santé, est donc très large. Cela va des projets fondamentaux en laboratoire aux études de faisabilité avec des partenaires industriels. Il s’agit notamment d’accumulateurs d’énergie plus efficaces, de nouvelles technologies photovoltaïques et de nanomatériaux bidimensionnels comme le MXene, qui pourraient à l’avenir rendre l’électronique et les capteurs plus compacts et plus performants.
applications pour l’énergie, la santé et la construction
Dans le domaine de la santé, l’Empa travaille sur des capteurs textiles qui permettent de réaliser des ECG de longue durée sans avoir recours aux électrodes classiques en gel et d’éviter ainsi les irritations cutanées. D’autres projets visent des matériaux intelligents dans les salles d’opération, par exemple des adhésifs qui ferment les fuites dans l’abdomen et qui, grâce à des capteurs intégrés, avertissent à temps des fuites.
Dans le domaine de la construction, l’économie circulaire et l’efficacité des ressources sont au centre des préoccupations. De nouveaux bétons et matériaux composites doivent permettre d’atteindre la même capacité portante avec nettement moins de ciment et d’acier et de réduire ainsi sensiblement l’empreinte CO₂ des constructions. Parallèlement, l’Empa développe des matériaux très résistants à la température pour les drones, qui peuvent voler directement dans les foyers d’incendie, ainsi que des plastiques renforcés de fibres de carbone, qui rendent aujourd’hui de plus en plus les ponts et les grandes structures porteuses plus légers et plus durables.
CO₂ comme matière première
Avec l’initiative « Mining the Atmosphere », l’Empa va encore plus loin. L’objectif n’est pas seulement d’économiser le CO₂, mais de l’extraire de manière ciblée de l’atmosphère et de l’utiliser comme matière première. Les chercheurs étudient comment le carbone issu du CO₂ peut être intégré dans des matériaux céramiques comme le carbure de silicium ou dans des matériaux de construction comme le béton, de sorte que les bâtiments deviennent eux-mêmes des puits de carbone. À long terme, de telles approches devraient aider à compenser une partie des émissions historiques et à passer d’une société émettrice de CO₂ à une société captatrice de CO₂. Un « projet du siècle » qui suppose d’énormes quantités d’énergie renouvelable et une étroite collaboration entre la recherche et l’industrie.
Haute technologie issue de la nature
Dans la recherche sur le bois, Zimmermann mise également sur la combinaison des principes naturels et de la haute technologie. Elle considère le bois comme la seule grande ressource locale et renouvelable de Suisse, légère, stable et pouvant être modifiée de multiples façons. L’éventail va du bois minéralisé ignifuge à l’utilisation de cellulose fibrillée, dont les nanofibres peuvent former des gels transparents, des éponges très poreuses ou des films barrières pour les emballages alimentaires, en passant par des surfaces antimicrobiennes. De telles éponges de cellulose peuvent absorber sélectivement l’huile de l’eau ou fixer le CO₂ de l’air. Utilisées comme revêtement par pulvérisation, elles prolongent la durée de conservation des fruits et légumes sans nécessiter de films plastiques. Des projets plus récents donnent naissance à des « matériaux vivants », comme des structures imprimées en nanocellulose et en diatomées, qui serviront de capteurs biologiques pour surveiller la qualité de l’eau.
Projets à long terme comme « CarboQuant«
Avec « CarboQuant », la Fondation Werner Siemens soutient un autre projet à long terme à l’Empa. Il s’agit d’un laboratoire qui étudie les nanostructures de carbone pour les technologies quantiques. L’objectif est de concevoir des nanobandes de graphène et des nano-graphes si précis que leurs effets quantiques puissent être utilisés pour des composants électroniques à température ambiante. Par exemple pour les capteurs, la communication ou les futurs ordinateurs quantiques. De tels projets montrent pourquoi les fondations et les soutiens publics sont essentiels pour l’Empa. De nombreuses innovations en matière de matériaux nécessitent des années, voire des décennies, avant d’être mises à l’échelle et économiquement utilisables. Pour Zimmermann, il est clair que sans ce travail de longue haleine et sans la recherche sur les matériaux, il n’y aurait ni les technologies qui rendent possible le tournant énergétique, ni beaucoup de solutions qui font paraître notre quotidien plus évident qu’il ne l’est.
