Écolo et super résistant : Découvrez la « super-glace » israélienne prête pour Mars

Dans une première mondiale, des chercheurs israéliens ont mis au point une « super-glace » à liaison moléculaire, dix fois plus résistante que la glace ordinaire.

Dans une étude récemment publiée, des scientifiques de l’Université hébraïque de Jérusalem affirment que leur glace écologique, baptisée « BioPykrete » et fabriquée à partir de cellulose végétale et d’une protéine spécialement conçue à cet effet, est également 70 fois plus résistante à la rupture.

Ce matériau pourrait constituer une alternative biodégradable pour la construction dans des conditions de froid extrême, comme en Arctique ou en Antarctique, et même servir à construire des habitations sur Mars et sur la Lune.

« La production de béton est l’une des plus grandes sources d’émissions de carbone au monde, et dans les régions polaires, elle est particulièrement coûteuse », a déclaré le Pr. Ido Braslavsky, chercheur principal à la Faculté Robert H. Smith d’agriculture, d’alimentation et d’environnement de l’Université hébraïque, au Times of Israel lors d’un entretien sur Zoom.

La glace ordinaire peut supporter un poids important – pensez aux lacs gelés – car elle est constituée de molécules d’eau étroitement liées entre elles. Cependant, comme sa structure est totalement rigide, elle ne peut pas se plier et peut se briser comme du verre.

Le BioPykrete est principalement composé d’eau, de fibres de cellulose extraites de déchets végétaux et d’une protéine bactérienne. Ces fibres, qui agissent comme des barres d’armature, renforcent le béton et lui permettent de supporter de lourdes charges. « Il est particulièrement adapté aux structures saisonnières ou temporaires, comme les routes et les camps de glace utilisés aujourd’hui », a expliqué Braslavsky.

« En laboratoire, sa résistance à la compression est proche de celle du béton standard. »

Contrairement au béton, cependant, a précisé le chercheur, lorsqu’une structure n’est plus nécessaire, « elle fond, sans laisser de débris derrière elle ».

La construction d’un porte-avions en glace pendant la Seconde Guerre mondiale

L’idée de transformer la glace n’est pas nouvelle, et elle présente également un lien historique avec la communauté juive.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, l’inventeur britannique Geoffrey Pyke, élevé dans la tradition juive orthodoxe, avait imaginé un projet qu’il avait baptisé « Habakkuk », d’après le livre biblique d’Habacuc, qui contient la citation suivante : « Regardez, et soyez profondément émerveillés. Car je vais accomplir, de votre vivant, une chose que vous ne croiriez pas. »

Pyke avait tenté de construire une immense plateforme flottante de glace qui était destinée à ravitailler et à faire décoller des avions dans l’Atlantique afin de protéger les convois alliés des sous-marins allemands.

Pour l’aider, Pyke avait fait appel à Max Perutz, un cristallographe juif d’origine autrichienne qui s’était converti au catholicisme et qui s’était réfugié en Angleterre alors que nombre de ses proches en Europe avaient été arrêtés et assassinés dans les camps de concentration nazis.

Pyke et Perutz avaient travaillé en secret dans les chambres froides destinées à la viande, situées sous un marché londonien. Ils y avaient mis au point un composite de glace mélangée à de la pâte de bois qui fondait plus lentement que la glace ordinaire et qui parvenait même à dévier les tirs. Bien que le projet ait finalement été abandonné, le matériau avait été baptisé « Pykrete » en l’honneur de Pyke.

Perutz avait fini par partager le prix Nobel de chimie de 1962 avec John Kendrew.

« Ce prix était venu récompenser les travaux de Perutz sur la structure des protéines, notamment la détermination de la structure de l’hémoglobine », a expliqué Braslavsky.

« Il y a là un beau parallèle, puisque le BioPykrete contient une protéine modifiée génétiquement qui renforce la glace. »

L’invention de Braslavsky, le « Biopykrete », s’inspire du concept original de Pyke et Perutz.

Braslavsky a expliqué que son laboratoire avait mis au point une protéine hybride, appelée « protéine chimère », destinée à agir comme une colle moléculaire bidirectionnelle. En fixant directement les cristaux de glace sur les fibres de cellulose végétale, cette protéine assure la cohésion du matériau composite de l’intérieur.

« Nous avons transposé leur idée au niveau moléculaire », a déclaré Braslavsky.

« Nous voulions aller au-delà du simple mélange de fibres et de glace. Le résultat modifie non seulement la résistance de la glace, mais aussi la manière dont elle se brise. »

Si l’on plonge un glaçon dans une boisson tiède, par exemple, la moindre fissure peut le faire se fendre. Cependant, le réseau de cellulose et les liaisons protéiques du BioPykrete semblent ralentir ces fissures, agissant comme du verre de sécurité renforcé de fils métalliques.

« Au lieu de se briser brusquement, la glace peut absorber beaucoup plus d’énergie, se déformer progressivement et céder peu à peu », a poursuivi Braslavsky.

Le scientifique s’est dit « surpris » que le BioPykrete présente une résistance deux fois supérieure à celle du Pykrete original de Pyke et Perutz.

« C’est un système trop complexe pour qu’on puisse vraiment le prédire, et le résultat s’est avéré étonnamment bon », a-t-il déclaré.

Braslavsky mène des recherches sur tout ce qui touche à la glace et à la neige, y compris sur les flocons de neige, depuis plus de trente ans.

Braslavsky a expliqué avoir étudié la formation des flocons de neige aussi bien dans l’air humide que dans l’eau, ajoutant : « C’est magnifique de voir un flocon de neige se former. »

Il a mené des travaux approfondis sur les protéines liées à la glace qui favorisent ou empêchent le gel. Sa découverte de 2013, selon laquelle les protéines antigel se fixent de manière permanente sur les facettes des cristaux de glace, constitue le fondement moléculaire du BioPykrete.

Braslavsky a déclaré qu’il se souvenait d’avoir joué dans la neige sur le mont Hermon lorsqu’il était plus jeune, mais il a ajouté, en plaisantant, que son attention « ne portait pas sur la symétrie interne d’un flocon de neige ».

Enfant, il aimait inventer des choses et il avait fabriqué une hanoukkiya en glace.

Il a expliqué que le laboratoire souhaitait déterminer si le matériau gagnait encore en résistance à des températures plus basses, et s’il résistait à des cycles répétés de gel et de dégel.

« Une fois que la production de cette protéine sera moins coûteuse, j’imagine bien des pistes d’atterrissage, des routes ou des abris construits en grande partie à partir d’eau locale », a-t-il déclaré.

« L’idée d’un alliage néo-glaciaire tel que le BioPykrete va s’avérer être providentielle pour les chantiers de construction en plein air dans les régions froides », a déclaré Richard Cathcart, fondateur du cabinet de conseil en géographie Geographos basé à Burbank en Californie, au Times of Israel.

Cathcart n’a pas participé à l’étude.

Il a émis l’hypothèse qu’avec l’augmentation du trafic maritime dans l’océan Arctique, « les navires de fret construits en BioPykrete pourraient résister à des collisions avec des icebergs sans subir de dommages structurels importants ni de retards dans les calendriers d’exploitation commerciale ».

En ce qui concerne l’exploration spatiale, Braslavsky estime que Mars, avec ses importants gisements de glace d’eau, pourrait être un lieu propice à la construction en BioPykrete.

« Si l’on pouvait renforcer cette glace avec une petite quantité de matériau pour la rendre plus résistante et moins cassante, on aurait la possibilité de construire des abris protecteurs à partir de ce qui existe déjà sur Mars », a déclaré Braslavsky.

« Nous sommes loin d’en faire les essais, mais c’est une piste passionnante. »

Vous avez apprécié cette lecture ? Rejoignez notre communauté et contribuez à faire vivre une information indépendante et de qualité. Merci de votre soutien !