Ils façonnent notre avenir : les nouveaux matériaux

Les matériaux innovants révolutionnent notre monde – et notre vie quotidienne. À petite échelle, par exemple, lorsque les œufs au plat et les pommes de terre sautées ne collent plus dans la poêle grâce aux nouveaux revêtements. Et à grande échelle, lorsque des matériaux comme le carbone font leur apparition dans tous les domaines de l’industrie : parce que leur légèreté et leur résistance rendent possibles des applications jusqu’alors impensables.

C’est pourquoi les innovations dans le domaine de la science des matériaux sont non seulement fascinantes, mais aussi d’une importance capitale pour l’industrie du XXIe siècle. Elles offrent souvent des performances et une durée d’utilisation optimisées et contribuent de manière significative à la durabilité et à l’efficacité. De l’aéronautique à l’automobile, les entreprises font de plus en plus appel aux fonctionnalités offertes par les matériaux innovants. Par exemple, les matériaux composites plus légers font baisser considérablement la consommation de carburant, tandis que les polymères avancés augmentent la longévité des pièces de carrosserie et réduisent ainsi le besoin en pièces de rechange.
 

Un marché en croissance et très dynamique

Il n’est donc pas étonnant que le marché des nouveaux matériaux connaisse une croissance dynamique et que de nouvelles opportunités apparaissent à chaque avancée technologique. La demande constante d’alternatives respectueuses de l’environnement fait avancer la recherche et repousse les limites du possible. Mais comment naissent ces innovations révolutionnaires ? La réponse réside dans la collaboration entre les secteurs industriels et dans un réseau mondial de scientifiques, d’ingénieurs et d’innovateurs qui associent les connaissances en chimie, en physique et en ingénierie.

Ainsi, dans un monde qui évolue de plus en plus rapidement, les nouveaux matériaux sont la clé d’une industrie durable et pérenne. Ils modifient fondamentalement la manière dont nous produisons et consommons. C’est particulièrement vrai en Bavière. Ce n’est pas un hasard s’il est si facile de trouver ici de nombreux exemples passionnants de développement de nouveaux matériaux : la Bavière dispose d’une économie forte et compétitive au niveau international, qui saisit rapidement les tendances et s’engage à les définir elle-même.

Le marché des nouveaux matériaux dispose d’un énorme potentiel de croissance. Le développement de technologies viables et durables est donc essentiel pour assurer la pérennité de l’industrie locale. « Notre région est particulièrement marquée par de nombreuses grandes et moyennes industries, notamment dans les disciplines de la construction automobile, de la propulsion aéronautique, de l’électrotechnique, de la construction de machines et d’installations et de la construction. Dans ces domaines spécialisés, les résultats de la recherche sur les matériaux peuvent être directement mis en œuvre dans le développement de composants », explique le professeur Rudolf Stauber du cluster bavarois pour les nouveaux matériaux.

Des conditions parfaites pour le développement de nouveaux matériaux en Bavière

Pour que ces synergies puissent être exploitées de manière rentable, les entreprises ont besoin de l’infrastructure nécessaire – par exemple, un accès facile aux marchés de toute l’Europe et des professionnels hautement qualifiés spécialisés dans le développement et la production de nouveaux matériaux. Avec des universités et des instituts de recherche renommés, comme l’Université technique de Munich et l’Institut Fraunhofer pour la mécanique des matériaux, les entreprises bavaroises ont accès à la recherche de pointe (cutting-edge research). À cela s’ajoutent des hubs locaux comme le Centre de compétence pour les nouveaux matériaux, initié et subventionné par les universités de Bayreuth et de Fürth. Il convient également de mentionner la société Neue Materialien Fürth GmbH (NMF), un institut de recherche régional pratique de l’État libre de Bavière, dont l’objectif est de transformer de nouveaux matériaux et procédés de fabrication en solutions proches de l’industrie, en étroite coopération avec des instituts de recherche et des partenaires de l’industrie.

Cette recherche fondamentale n’est qu’un aspect. D’un autre côté, le gouvernement bavarois met en place des programmes de subvention pour les entreprises qui rendent les investissements dans ce domaine particulièrement attractifs. Depuis 2006, le Land regroupe ses compétences dans le domaine des matériaux au sein du cluster « Nouveaux matériaux », qui fait partie de la « Cluster Offensive Bayern ». Le développement de nouveaux matériaux a même une tradition bien plus longue dans l’État de Bavière et est encouragé par le gouvernement bavarois depuis le début des années 1990. Sur cette base, la Bavière a acquis une position de pointe dans le domaine des nouveaux matériaux en Europe. Cela se traduit par de nombreux champs d’application différents et innovants.

Champs d’application des nouveaux matériaux en Bavière
 

Secteur de la construction

Les innovations durables sont particulièrement importantes dans le secteur de la construction. La production de ciment est responsable de 7 % des émissions de CO2 dans le monde. Il n’est donc pas étonnant que la recherche de nouveaux matériaux y soit menée tambour battant.

• KohPa : l’entreprise KohPa de Dachau a par exemple développé « le premier papier conducteur d’électricité au monde ». Le composite carbone-fibres-papier peut donc être utilisé comme chauffage de surface dans la construction légère. Par exemple en papier peint, mais aussi sous la forme d’un chauffage au plafond ou au sol. Dès 2020, le matériau a été sélectionné par l’UE comme l’une des cinq meilleures innovations en Europe pour la « Green Materials Box » représentative.
   
• Université technique de Munich : l’Université technique de Munich explore, dans le cadre d’une communauté de recherche sur le thème « Additive Manufacturing in Construction » (AMC), de nouvelles perspectives d’avenir pour le secteur de la construction grâce aux procédés d’impression 3D, par exemple pour la construction avec de l’argile et pour la protection contre les inondations. Le projet se concentre sur des thèmes tels qu’une utilisation plus efficace des matériaux et une production plus respectueuse de l’environnement.

Aéronautique et astronautique

Chaque kilogramme de matériau économisé lors de la construction d’un avion permet aux compagnies aériennes d’économiser 2 000 euros par an sur leur consommation de carburant – et donc d’énormes quantités de CO2 qui ne sont pas rejetées dans l’atmosphère. La recherche sur les nouveaux matériaux est donc d’un grand intérêt, notamment dans les domaines de l’aéronautique et l’aérospatiale.

• Centre de recherche sur la construction légère : depuis 2013 déjà, le Fraunhofer ICT et le DLR font des recherches sur les matériaux du futur – et leur production industrielle – à Augsbourg, dans un centre de recherche sur la construction légère spécialement ouvert à cet effet. Au fil des années, un énorme savoir-faire en matière de techniques de production s’est développé ici, qui est utilisé dans la production de l’industrie aérospatiale mondiale.
   
• Bayern-Chemie : la fusée-sonde MAPHEUS-14 du DLR, qui sert à des expériences en apesanteur à plusieurs centaines de kilomètres d’altitude, a été équipée du nouveau moteur-fusée « Red Kite », développé conjointement par le DLR et Bayern-Chemie. Celui-ci utilise des carburants solides composites constitués d’un réseau polymère dans lequel sont incorporés des oxydants cristallins et, selon la formule, des métaux en poudre ainsi que d’autres additifs.

Automobile

Peu de secteurs sont aussi en mutation que le secteur automobile : il est sous pression pour rendre plus durables non seulement la conduite, mais aussi la production et le recyclage de ses produits. Ainsi, l’utilisation de nouveaux matériaux est particulièrement importante dans ce domaine.

• BMW : Des fibres naturelles dans une voiture ? Cela devient de plus en plus une réalité. BMW a par exemple largement investi dans la construction légère bio. C’est précisément dans le domaine de l’intérieur que celui-ci joue un rôle : il s’agit ici d’économiser jusqu’à 70 % du plastique utilisé jusqu’à présent et environ 60 % des émissions de CO2 liées à l’élément de construction. À cela s’ajoute le fait que les pièces en carbone produites de manière intensive en CO2 peuvent également être remplacées par des fibres naturelles.
   
• NALYSES : L’objectif du projet de recherche NALYSES est de développer un projecteur durable et respectueux du climat. Dans ce cadre, des recherches sont menées sur la manière dont les produits et les matières premières peuvent être utilisés le plus longtemps possible dans l’esprit d’une économie circulaire. Avec le soutien de divers partenaires industriels bavarois – dont Hella et Covestro – les chercheurs du Fraunhofer IEM étudient à cet effet l’ensemble du cycle de vie d’un projecteur, de l’approvisionnement en matériaux à la possibilité de réparation et de recyclage.

Santé

Nouveaux matériaux dans le secteur de la santé ? Cela peut paraître inhabituel à première vue mais la recherche aboutit régulièrement à des résultats révolutionnaires dans ce domaine. En Bavière également.

• Ludwig-Maximilian-Universität München (LMU) : Une équipe de l’Université de Genève et de la LMU a par exemple réussi à développer des nanoparticules entièrement biodégradables, capables de faire pénétrer un nouveau médicament anti-inflammatoire directement dans les macrophages – les cellules dans lesquelles sont déclenchées des réactions inflammatoires incontrôlées – et de garantir ainsi son efficacité. De plus, les scientifiques ont utilisé une méthode de test in vitro, de sorte qu’aucune expérimentation animale n’a été nécessaire.

Durabilité

Le besoin de solutions innovantes pour relever les défis écologiques est omniprésent. Les nouveaux matériaux peuvent minimiser la consommation de ressources dans différentes industries et promouvoir des modes de production durables.

• Insempra : L’entreprise de biotechnologie Insempra développe par exemple des fibres textiles très résistantes qui absorbent l’énergie cinétique en créant des protéines synthétiques à l’aide de la conception assistée par ordinateur. L’objectif est de mettre à l’échelle la production d’alternatives durables aux matériaux issus de la pétrochimie et des animaux, comme la soie, et de réduire ainsi les impacts environnementaux tels que la pollution par les microplastiques.

Ces exemples le montrent : ce ne sont pas seulement les exemples évidents de la vie quotidienne qui changent durablement notre monde avec de nouveaux matériaux. Bien au contraire, ce sont plutôt les processus qui se déroulent à l’écart des projecteurs de la société qui nous permettent d’avoir une mobilité plus durable et une meilleure santé. Entre autres avec la recherche et le développement made in Bavaria.