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En utilisant des coquilles d’œufs comme ingrédient dans une encre destinée à l’impression 3D, des chercheurs espèrent économiser de précieuses ressources.
À première vue, un œuf de poule ne semble pas particulièrement solide. On en casse facilement des milliers au cours d’une vie, parfois même accidentellement. Et l’expression « marcher sur des œufs » évoque la fragilité plutôt qu’une rigidité à toute épreuve.
Pourtant, les coquilles d’œufs ont le potentiel d’améliorer et même de renforcer certains matériaux, selon des chercheurs de l’École de technologie supérieure de Montréal (ÉTS) et de l’Université de la Saskatchewan. Une fois combinées à certains polymères, elles peuvent servir à « imprimer » des objets de toutes formes.
L’impression 3D, qui connaît une expansion fulgurante depuis 2010, consiste à programmer une machine pour qu’elle superpose de fines couches d’un matériau jusqu’à l’obtention d’un objet complet. « Il existe de nombreux types de matériaux destinés à l’impression 3D, explique Lucas Hof, professeur au Département de génie mécanique à l’ÉTS. De ceux-ci, l’acide polylactique, ou PLA, est de loin le plus populaire. Mais il est fragile et casse facilement. »
Cet appareil de l’ÉTS servira à extruder les filaments contenant des coquilles d’œuf. Image: Jean-Philippe Leclair
Plusieurs substances conçues en industrie peuvent être ajoutées au PLA pour en améliorer les propriétés, dont la solidité. Problème réglé ? Pas quand on aspire à une économie circulaire. « À la base, tant les encres que les additifs nécessitent d’extraire des ressources naturelles, explique Jean-Philippe Leclair, étudiant à la maîtrise dans le laboratoire du professeur Hof. Si on peut diminuer cette exploitation en remplaçant les matières premières par des déchets d’une autre industrie, on règle deux problèmes d’un coup ! »
C’est là qu’on en revient aux œufs. Si on peut facilement composter ses coquilles d’œufs chez soi, il est plus difficile de disposer des tonnes de coquilles résultant de la consommation d’œufs à grande échelle par des usines de transformation alimentaire. « Ces débris se ramassent présentement aux ordures ! » affirme l’étudiant.
L’imprimante ou la poule ?
Si améliorer les propriétés d’une encre d’impression 3D peut sembler simple, il y a cependant des règles à suivre. « Tout dépend de ce qu’on veut faire, indique Sampada Bodkhe, professeure au Département de génie mécanique de Polytechnique Montréal, qui n’est pas impliquée dans le projet d’encre aux coquilles d’œufs. Parfois, il y a une incompatibilité entre deux matériaux qui empêche la formation d’un bon mélange, ce qui pourrait bloquer la machinerie. Un mauvais mélange peut aussi affecter la façon dont le matériel se solidifie. Il faut donc prendre une décision informée avant de choisir la combinaison à effectuer. »
L’imprimante 3D qui a été utilisée à l’Université de la Saskatchewan pour imprimer le matériel pour des essais en flexion. Image: Duncan Cree
Et c’est justement une décision informée qui a poussé les chercheurs à s’intéresser à la combinaison coquille d’œuf et polymère. « Une coquille d’œuf, c’est du carbonate de calcium, explique Jean-Philippe Leclair. Chimiquement, c’est pratiquement le même minéral que le calcaire, un additif déjà commercialisé et utilisé pour renforcer le PLA. Dans ce projet, lancé par le professeur Hof et le professeur Duncan Cree, en Saskatchewan, notre question est : peut-on arriver à la même chose ou à un meilleur résultat avec des coquilles ? »
Pour y répondre, les chercheurs ont incorporé des coquilles d’œufs réduites en poudre dans de l’encre et imprimé des formes simples de PLA, soit des barres rectangulaires. Ils ont ensuite soumis celles-ci à toute sorte de tests.
Première surprise : le PLA combiné à la poudre de coquilles s’avère plus flexible que celui combiné à du calcaire. La ductilité du PLA combiné à la poudre d’œufs dépasse de 12% celle du PLA seul et de 7% celle du PLA combiné avec du calcaire. D’autres propriétés semblent aussi avoir été améliorées. « On garde des primeurs pour une publication scientifique, mais disons que cette combinaison est intéressante d’un point de vue commercial », ajoute Jean-Philippe Leclair.
Les chercheurs ne crient toutefois pas encore victoire, car il est aussi possible que l’ajout des coquilles interfère avec le recyclage du PLA, ce qui serait contre-productif lorsqu’on veut favoriser l’économie circulaire. « On ne sait pas comment le procédé dégrade le plastique à la longue ni si l’ajout des coquilles d’œufs réduit la recyclabilité du produit, explique le professeur Hof. C’est une question à laquelle on tente de répondre. »
En attendant, l’équipe voit grand pour son mélange. « On vient d’obtenir une subvention en partenariat avec des usines québécoises et ontariennes pour vérifier si les coquilles d’œufs peuvent aussi être utiles en construction en améliorant les propriétés du béton destiné à l’impression 3D. Le ciment à l’intérieur du béton a une empreinte écologique énorme. Si l’on pouvait en remplacer ne serait-ce que 15% par des coquilles d’œufs, cela réduirait cette empreinte tout en valorisant un déchet. »