Les champignons ont bien plus à offrir qu’il n’y paraît. Leurs cellules filamenteuses, qui se développent de manière extensive et invisible sous terre comme un réseau de racines, offrent un potentiel énorme pour la production de matériaux durables et biodégradables. Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer de recherche appliquée sur les polymères IAP du parc scientifique de Potsdam utilisent ce mycélium pour développer une large gamme de produits recyclables, des portefeuilles aux emballages en passant par les isolants.
Pour la plupart d’entre nous, les champignons ressemblent à un chapeau courbé et à une tige. Cependant, la plus grande partie de l’organisme est constituée d’un réseau de filaments cellulaires appelé mycélium, qui s’étend principalement sous la terre et peut atteindre des proportions considérables. Ce réseau finement ramifié a jusqu’à présent été sous-exploité. Pourtant, pour les chercheurs de l’Institut Fraunhofer de recherche appliquée sur les polymères IAP de Potsdam, le mycélium représente une matière première pionnière qui a le potentiel de remplacer les produits à base de pétrole par des composites de mycélium naturels et organiques.
Les résidus organiques des activités agricoles et forestières régionales servent de substrat aux cultures fongiques. Dans le cadre de divers projets, les chercheurs utilisent des matériaux à base de mycélium pour produire des isolants, des emballages et des alternatives sans animaux aux produits en cuir.
Matériaux à base de mycélium provenant de résidus agricoles régionaux
« Face au changement climatique et à la raréfaction des matières premières fossiles, il est urgent de disposer de matériaux biodégradables pouvant être produits avec une consommation d’énergie réduite », explique Hannes Hinneburg, biotechnologue au Fraunhofer IAP. Avec son équipe, il utilise le mycélium, par exemple issu de champignons comestibles ou de champignons à support comme le pleurote ou le champignon de l’amadou, pour transformer les résidus végétaux disponibles localement en matériaux durables.
« Le mycélium possède des propriétés qui permettent de produire des matériaux écologiques et économes en énergie, car la croissance des champignons se déroule dans des conditions ambiantes et le CO2 reste stocké dans les résidus. Lorsque la cellulose et d’autres résidus organiques se décomposent, un réseau compact et tridimensionnel se forme, ce qui permet de développer une structure autonome », explique Hinneburg.
On obtient ainsi un matériau qui est un composé complexe avec un substrat organique tel que des résidus de céréales, des copeaux de bois, du chanvre, des roseaux, du colza ou d’autres résidus agricoles. Ces substances sont une source de nutriments pour le champignon et sont entièrement imprégnées par un fin réseau de mycélium au cours du processus métabolique. On obtient ainsi un composite entièrement organique qui peut être façonné selon la forme souhaitée et stabilisé par traitement thermique.
« On mélange d’abord de l’eau avec des résidus agricoles comme de la paille, des copeaux de bois et de la sciure pour former une masse. Une fois le taux d’humidité et la taille des particules déterminés et le traitement thermique qui suit pour tuer les germes concurrents terminé, le substrat est prêt. Il fournit de la nourriture aux champignons et est mélangé au mycélium. Après une phase de croissance d’environ deux à trois semaines dans l’incubateur, le mélange produit, selon la formulation et le procédé utilisé, une substance similaire au cuir ou un composite qui peut être transformé ultérieurement », explique Hinneburg pour résumer le processus de production.
Aucune lumière n’est nécessaire pour ce processus, ce qui constitue un avantage en termes d’efficacité énergétique.
Applications polyvalentes : la résistance et l’élasticité peuvent être configurées spécifiquement
Les matières fongiques peuvent être cultivées avec une large gamme de propriétés. Selon l’application, elles peuvent être résistantes, extensibles, résistantes à la déchirure, imperméables, élastiques, douces et pelucheuses ou à pores ouverts. Le résultat est déterminé par la combinaison du type de champignon et des résidus agricoles, ainsi que par des paramètres variables tels que la température et l’humidité. La durée de la croissance mycélienne influence également le produit final.
La polyvalence du matériau lui permet de prendre des formes très diverses, des blocs épais aux couches ultra-fines, et d’être utilisé dans une multitude de situations. Il est ainsi possible d’utiliser des matériaux à base de champignons pour les revêtements textiles, les emballages, les meubles, les sacs ou les panneaux isolants pour l’intérieur. Lorsqu’il est utilisé comme matériau de construction, le champignon fonctionne principalement comme un adhésif biologique, car une grande variété de particules organiques sont liées entre elles par le mycélium.
« Les nombreuses propriétés positives du matériau, isolant thermique, isolant électrique, régulateur d’humidité et résistant au feu, permettent une étape importante vers une construction circulaire et positive pour le climat », explique Hinneburg, dont l’un des projets actuels consiste à développer une nouvelle alternative au polystyrène pour l’isolation thermique.
Dans le cadre d’un autre projet, il travaille en collaboration avec l’Institut de recherche sur l’alimentation et l’environnement et Agro Saarmund eG pour produire des barquettes d’emballage respectueuses de l’environnement, à base de mycélium, à partir de résidus et de matières premières provenant d’activités agricoles et forestières locales.
Dans le cadre de ses collaborations avec des designers, il a également développé le matériau de base pour des alternatives sans animaux aux produits en cuir tels que les sacs et les portefeuilles. Comme les matériaux à base de mycélium ressemblent à leurs homologues en cuir, ils peuvent être utilisés pour compléter des articles en cuir dans certains domaines.
Développer des procédés industriels
En Europe, seules quelques entreprises développent actuellement des matériaux à base de mycélium destinés à une utilisation commerciale. Les défis dans ce domaine comprennent l’accès aux résidus biogéniques, la capacité à garantir une qualité de produit constante et les moyens d’intensifier efficacement les activités.
Pour relever ces défis, les chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode de fabrication par rouleaux, dont ils ont déjà créé un prototype. Cette méthode présente des avantages considérables par rapport aux processus de fabrication standard impliquant des boîtes et des systèmes d’étagères : en utilisant une méthode de production standardisée et continue dans des conditions de processus contrôlées (comme la température et l’humidité), les chercheurs peuvent garantir que les produits à base de mycélium présentent des propriétés matérielles constantes. De plus, les ressources peuvent être utilisées plus efficacement et la production peut être mise à l’échelle à l’échelle industrielle.
« Cela est essentiel pour répondre à la demande croissante de l’industrie en matériaux durables et pour devenir moins dépendant du pétrole à long terme. La production peut également être améliorée en utilisant des technologies innovantes telles que l’intelligence artificielle pour optimiser la combinaison des résidus et des types de champignons », explique Hinneburg.