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Une pépite d'or de 20 caratscarats qui flotte littéralement à la surface d'un cappuccino, cela semble à peine croyable. C'est pourtant vrai depuis que des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich, Suisse) ont fabriqué une nouvelle mousse d'or, sorte de maillage tridimensionnel essentiellement constitué... de trous ! Cette pépite d'or est donc la plus légère jamais créée puisque l'aérogel - c'est ainsi que les chercheurs qualifient leur moussemousse - est mille fois plus léger que les alliages classiques de l'or et même plus léger que l'eau. Il est donc presque aussi léger que l'air.
À l'œilœil nu, cette mousse d'or ne peut pas être distinguée d'une pépite d'or traditionnelle. Elle présente même un éclat métallique. Mais, contrairement à la forme conventionnelle de l'or, cet aérogel est souple et malléable. Il est composé de 98 % d'air et de seulement 2 % de matériaux solides. Des matériaux solides ? De l'or, bien sûr, pour quatre cinquièmes, mais également des fibres protéiques... de lait !
Pourquoi cet intérêt pour l'or, ce métal noble ? Parce que l'or est un métal très utile à l'industrie. Dans l'électronique, par exemple, il est apprécié car bon conducteur d'électricité et la plupart des composants en contiennent en petite quantité. L'or est encore plus apprécié dans le secteur aéronautique et spatial. Pour recouvrir, par exemple, des panneaux destinés à réfléchir le rayonnement infrarouge et stabiliser la température des véhicules spatiaux. Ou encore pour lubrifier des pièces mécaniques dans des conditions extrêmes dans lesquelles des lubrifiantslubrifiants organiques ou synthétiques pourraient avoir peine à résister.
Des protéines de lait et du sel d’or sont les ingrédients de base de la mousse d’or. © Gustav Nyström et al. Advanced Materials 2015, ETH Zurich
De l'or et des protéines... de lait
Première étape de la production de ce nouveau type de mousse d'or : chauffer des protéinesprotéines de lait pour obtenir des fibres nanométriques. Ces fibrillesfibrilles amyloïdes ont ensuite été placées dans une solution de sel d'or. De quoi leur permettre de s'entrelacer et former une structure basique le long de laquelle l'or a cristallisé en minuscules particules. Une méthode tout à fait originale au cours de laquelle donc, la structure de l'aérogel se forme en même temps que les particules d'or cristallisent. Une méthode qui permet d'obtenir un aérogel homogène, imitant parfaitement les alliages d'or.
La principale difficulté à laquelle se sont heurtés les chercheurs de l'ETH Zurich est survenue au moment du séchage. Un séchage à l'air, en effet, risquait d'endommager la fine structure de la mousse. Ils ont donc opté pour un processus de séchage doux et laborieux au dioxyde de carbonedioxyde de carbone.
En haut à gauche, une mousse de fibrilles amyloïdes. En haut à droite, la même mousse contenant des microparticules d’or. En bas, la même mousse contenant des nanoparticules d’or. © Gustav Nyström et al. Advanced Materials 2015, ETH Zurich
Par ailleurs, il est à noter que la méthode de fabrication choisie permet d'influer assez simplement sur les propriétés de l'or produit. Les propriétés optiques de l'or (couleurcouleur, capacité de réflexion ou d'absorptionabsorption de la lumièrelumière, etc.), par exemple, dépendent en effet de la taille et de la forme des particules d'or impliquées. Or, ces caractéristiques deviennent facilement accessibles aux chercheurs de l'ETH Zurich lorsqu'ils jouent sur les conditions de la réaction.
Cette mousse d'or pourrait être employée pour la fabrication de montres et de bijoux. Mais, compte tenu de ses qualités spécifiques - légèreté et porositéporosité, notamment -, elle pourrait également être utile à de nombreuses autres applicationsapplications comme la catalysecatalyse chimique, par exemple. Grâce à un excellent rapport surface/volumevolume, un catalyseurcatalyseur à base de mousse d'or pourrait aider à augmenter largement l'efficacité des réactions chimiquesréactions chimiques visées. La mousse d'or pourrait aussi servir à la fabrication de capteurs de pressioncapteurs de pression. Car à la pression atmosphérique, les particules d'or contenues dans l'aérogel ne se touchent pas. Celui-ci ne conduit donc pas l'électricité. Mais, lorsque la pression augmente, les particules d'or viennent à entrer en contact et rendent l'aérogel conducteur.
