La couleur du bois

Sur cette image, on aperçoit une solution de nanocristaux de cellulose dont l’eau s’est évaporée. Le tout s'est transformé en un film solide composé de cristaux microscopiques fusionnés. Ces cristaux se disposent en strates, permettant à l’œil humain d’observer tout le spectre des couleurs en raison d’un phénomène d’interférence optique.

À l’échelle nano, rien n’est plus pareil. Le soluble peut se faire insoluble, la conductivité de l’un augmente et celle de l’autre chute, et si le nickel devient aussi dur que l’acier, le bois, lui, montre ses couleurs.

Cette propriété des nanocristaux de cellulose intéresse hautement l’Institut des communications graphiques et de l’imprimabilité (ICI), l’un des 49 centres collégiaux de transfert de technologie (CCTT), dédié, entre autres, à la recherche touchant l’univers de l’imprimé, et ce, des encres aux presses d’impression et du contrôle qualité aux emballages. Cet institut affilié au Collège Ahuntsic à Montréal participe de plus en plus depuis quelques années au développement d’applications imprimées innovantes à haute valeur ajoutée, notamment dans le domaine de l’électronique imprimée et des nanotechnologies.

Un des projets du centre est le développement d’une matière imprimante à base de ces nanocristaux. L’objectif : produire une encre biodégradable, une encre « verte » pouvant se déployer dans toutes les couleurs.

Au labo

Les nanoparticules utilisées par l’Institut sont produites en usine au Québec à partir de fibres de cellulose provenant du processus de traitement de la pâte de bois. Réduites à leur plus simple expression, ces nanoparticules ont la forme de bâtonnets. Leur largeur se situe entre 5 et 20 nanomètres et ils s’allongent sur quelque 150 à 200 nanomètres.

La plus étonnante caractéristique de ces particules, et la plus utile pour nous, est leur capacité à s'auto-organiser lorsqu’elles sont dans l'eau. De fait, elles s’agglomèrent alors en petits cristaux composés de lamelles. Lorsque l'eau s'évapore, les cristaux se fusionnent, et ils forment au final un film solide composé de plusieurs strates.

La distance entre ces strates est l’une des propriétés avec lesquelles notre laboratoire mène ses expérimentations. Si la distance est grande, on obtient des films colorés vers le rouge, alors que si elle est courte, nous voilà avec des films allant jusqu’au bleu. En modifiant la quantité de sels dans l’eau, on peut moduler cette distance.

Ainsi, la couleur obtenue ne vient pas d'un pigment, mais de la nanostratification. Cette organisation est omniprésente dans la nature. Le paon, des crustacés ou certains papillons en sont bénéficiaires. On a même déjà découvert des fossiles de plusieurs millions d'années qui avaient conservé leurs couleurs grâce cette organisation nanostructurée.

Les suites

Pour ma part, j’ai participé à ce projet à l’étape de la caractérisation, c’est-à-dire en étudiant l’organisation des nanocristaux dans l’eau et dans des films solides « colorés » ainsi qu’en effectuant des mesures physiques pour analyser les propriétés optique de ces derniers. Aujourd’hui, ce sont les chimistes qui s’affairent à développer les formulations qui, à terme, pourront mener à des applications en industrie.