La nature a toujours été une source d’inspiration pour les scientifiques. Or une équipe de l’Université McGill de Montréal franchit un pas de plus : plutôt que d’imiter les structures des organismes vivants, elle reproduit leurs processus de fabrication en combinant des protéines de moules et des nanocristaux de cellulose issus du gui.
L’équipe de chercheurs a mis au point de nouveaux matériaux composites potentiellement capables de remplacer les plastiques et les colles industrielles. Si elle est encore loin des applications à grande échelle, cette avancée ouvre des pistes vers une chimie plus durable.
La recherche est menée par Matthew Harrington, auteur principal de l’étude récemment publiée. Le professeur de chimie à l’Université McGill observe les moules, ces mollusques qui, selon lui, cachent des secrets de fabrication remarquables. «J’étudie les moules depuis 23 ans», explique-t-il. Le gui, j’ai commencé à l’étudier il y a une décennie.»
Ce qui l’a fasciné dès le départ, c’est la similitude entre ces deux organismes pourtant très différents. «Dans leur processus, ils fabriquent des fibres et d’autres matériaux à partir de fluides, explique le scientifique. La phase fluide peut être transformée en matériaux très rigides.»
C’est cette intuition qui a guidé l’équipe de recherche vers l’idée de marier les mécanismes des deux organismes pour créer quelque chose de nouveau.
De la gouttelette à l’échafaudage
L’idée de combiner les deux systèmes est venue de deux chercheurs postdoctoraux, Hamideh Alanagh et Amin Ojagh, les deux premiers auteurs de l’étude. Leur pari était simple : mélanger une protéine issue de moules chargée positivement avec des nanocristaux de cellulose issus de la pâte de bois modifiés pour porter une charge négative. L’attraction entre les deux composantes a permis la formation de microgouttelettes.
«L’interaction entre le positif et le négatif était une hypothèse», souligne le professeur Harrington. Mais la réalité s’est révélée plus surprenante que prévu. «En formant des gouttelettes, on ne s’attendait pas à ce que les celluloses soient à l’extérieur et la protéine à l’intérieur.»
Une fois soumises à un processus de lyophilisation, qui est une technique de déshydratation par le froid, ces gouttelettes se sont assemblées en structures poreuses organisées en couches, comparables aux architectures que l’on retrouve dans les tissus biologiques.
Le résultat est un matériau composite dont les propriétés combinent la légèreté des protéines de moule et la rigidité des fibres de cellulose, deux caractéristiques jusqu’ici difficiles à obtenir simultanément dans un même matériau d’origine biologique.
Ce qui rend l’approche de l’équipe de l’Université McGill différente est son point de départ. La biomimétique classique, dont l’exemple le plus célèbre est le velcro, qui est inspiré des végétaux s’accrochant aux poils d’animaux, s’intéresse à la structure et à la fonction des organismes naturels. Les chercheurs observent une forme, puis tentent de la reproduire. Matthew Harrington et son équipe vont plus loin : ils reproduisent le processus de formation et de fabrication eux-mêmes.
Or plutôt que de copier l’apparence d’un matériau naturel, ils reproduisent la séquence chimique et physique par laquelle la nature le construit, dans des conditions idéales et compatibles avec l’environ- nement. Le chimiste rappelle que les moules fabriquent leur colle, leurs fibres et leurs enduits à partir de gouttelettes de protéines.
Un matériau réversible et non toxique
L’une des propriétés de ces nouveaux matériaux est leur réversibilité. Les structures solides obtenues peuvent être redissoutes dans l’eau pour reformer des gouttelettes et réassemblées dans de nouvelles formes. À terme, ce cycle pourrait offrir, de l’avis de M. Harrington, une alternative intéressante aux matériaux plastiques conventionnels, qui sont difficilement recyclables et qui persistent dans l’environnement.
«Avec le temps, nos matériaux se dissolvent dans l’eau et ils retournent à la condition dont ils étaient avant, observe-t-il. Ils reforment des gouttelettes, ce qui signifie qu’ils peuvent être recyclés et refabriqués. De plus, cela ne laisse pas de microplastiques.»
Des tests en laboratoire ont démontré que ces matériaux ne sont pas toxiques, une propriété essentielle pour envisager des applications dans le domaine biomédical, notamment en génie tissulaire. Obtenus en collaboration avec une équipe de l’Université de Montréal, des résultats préliminaires élargissent le champ des possibles.
Encore loin de l’usine
Si les résultats sont encourageants sur le plan scientifique, le professeur Harrington tient à tempérer les attentes. La route vers une application industrielle est encore longue. «La cellulose est abondante, mais la production de protéines n’est qu’en très petites quantités», justifie-t-il. Produire à grande échelle les protéines de moule nécessaires représente un défi considérable que la recherche actuelle ne résout pas encore.
La compréhension des mécanismes en jeu demeure tout aussi incomplète. «La chose la plus difficile, c’est que nous ne comprenons pas encore complètement comment ça fonctionne», admet Matthew Harrington. Les processus naturels impliquent des variations extrêmement fines qui sont difficiles à reproduire et à contrôler en laboratoire. «Tout ça se produit selon des changements très subtils et ça prend du temps.»
RECHERCHE SCIENTIFIQUE – page 30 – Volume 39,2 Mai – Juin – Juillet 2026
