Les nouveaux matériaux d’aujourd’hui sont fabriqués dans des laboratoires modernes, avec des innovations au niveau de l’ingénierie moléculaire. Au fur et à mesure que notre connaissance des principes fondamentaux de la nature s’approfondit et que nos outils s’améliorent, les scientifiques sont capables d’aller plus loin dans les atomes de la matière quotidienne et de la transformer en quelque chose de nouveau.

Nous explorons la frontière atomique. Les chercheurs séparent et combinent des molécules de base pour fabriquer des substances de plus en plus complexes : revêtements, fibres, tissus, plastiques, silicium, liquides, gels, cristaux, métaux, matières organiques, synthétiques. Ils fabriquent des super-substances et des blocs de construction : avec des performances futuristes, de la durabilité, de la flexibilité, de la miniaturisation et de la résistance. Mais en plus des avantages, ces nouveaux matériaux – que l’on ne trouve pas dans la nature – posent des risques ou des défis à l’environnement, à l’économie et à la capacité de la planète de maintenir sa fragile écologie.

Parfois, les matériaux sont conçus avec un objectif : résoudre un problème mécanique, améliorer un produit, résoudre une faiblesse. Mais parfois, des capacités matérielles étonnantes et surprenantes émergent de la recherche exploratoire – ouvrant la porte à un monde avancé de puissance sur matière, comme ces matières du futur : l’aérogel, dont je vous ai parlé ici, ou le graphène, mentionné ici.

Le groupe de réflexion Green Alliance suit l’évolution des progrès technologiques afin d’assurer le meilleur avenir possible pour le bien-être social et environnemental. Dans ce rapport, ils étudient les impacts des matériaux révolutionnaires : sur l’économie, sur les usines, sur le mode de vie, sur la nature. Green Alliance se concentre sur la manipulation sûre des substances graves : leur utilisation pratique, leur élimination organisée et leur réutilisation bénéfique + recyclage.

Pour ceux qui s’intéressent à ce qui se passe à l’avant-garde de la découverte de matériaux, avec un accent particulier sur la fabrication, les produits et notre avenir durable, ce rapport va particulièrement être utile et vous intéresser.

Novel_Materials

Introduction au rapport :

Une nouvelle génération de produits issus de nouveaux matériaux.

Les matériaux nouveaux vont de pair avec l’amélioration des technologies. Par exemple :

  • la fibre de carbone permet des véhicules plus légers et plus économes en carburant
  • les bio-plastiques promettent d’être supérieurs aux plastiques dérivés des combustibles fossiles
  • la fabrication d’additifs sera au cœur de la prochaine génération de l’industrie

Mais ces nouveaux matériaux et techniques peuvent rendre plus difficile la récupération de la valeur des produits qui ont été jetés. Tout comme nous développons une économie circulaire, où de plus en plus de déchets sont reconvertis en matières premières utiles, ces nouveaux matériaux risquent de perturber le système – et de créer une nouvelle génération de produits destinés à l’enfouissement.

Grâce à une stratégie et à des mesures incitatives, la capacité de réutiliser et de recycler les nouveaux matériaux peut être conçue dès le début. Les modèles économiques qui permettent de récupérer la valeur des produits mis au rebut peuvent faciliter ce processus. Nous examinons trois exemples de nouveaux matériaux et techniques : les composites de fibres de carbone, les bioplastiques et la fabrication d’additifs – et nous montrons les défis et les possibilités d’une économie circulaire.

Nous explorons les opportunités à travers une combinaison d’actions des secteurs public et privé : recherche et développement, financement de l’expansion et développement de nouvelles chaînes d’approvisionnement. Nous illustrons une bonne adéquation entre l’innovation matérielle et l’économie circulaire.

Le tissu de la civilisation est la science des matériaux.

Le succès de l’humanité en science des matériaux est inscrit dans notre histoire. Nos débuts, de l’âge de pierre à l’âge du fer, en passant par l’âge du bronze, témoignent du développement incessant de nouveaux matériaux : plus résistants, plus légers ou plus polyvalents que ceux qui nous ont précédés. Mais notre succès a été tel que nous avons dépassé depuis longtemps un âge que l’on pourrait résumer par un seul élément. L’éventail des matériaux utilisés par l’industrie est devenu de plus en plus complexe, non seulement en raison de leur variété, mais aussi de leur échelle et de la façon dont ils sont utilisés ensemble.

La mise au point de nombreux matériaux nouveaux a permis d’améliorer les résultats environnementaux, comme des matériaux plus légers qui permettent un transport plus éconergétique. Mais il y a aussi des inconvénients, car la complexité accrue rend plus difficile la récupération de la valeur des produits lorsqu’ils sont jetés. Les systèmes de récupération des ressources ont évolué pour traiter des matériaux qui ont été utilisés à grande échelle pendant des années. Cela a permis d’éviter la mise en décharge de produits ou de matériaux de valeur et de les traiter pour les revendre.

Mais les nouveaux matériaux peuvent avoir des qualités qui nécessitent une nouvelle infrastructure de gestion des déchets :

  • d’abord pour les identifier + séparer
  • puis de les réutiliser, de les reconstruire ou de les recycler.

À moins qu’ils ne puissent être traités efficacement dans le flux de déchets : les nouveaux matériaux seront rejetés comme déchets résiduels (au mieux) – ou contamineront les systèmes de récupération de valeur existants (au pire). Étant donné les préoccupations croissantes au sujet des impacts environnementaux et des limites des ressources, cette situation n’est pas durable sur le plan environnemental et économique.

Cependant, si ces facteurs sont pris en compte suffisamment tôt dans le développement d’un nouveau matériau, les problèmes potentiels peuvent être évités. Il est possible de concevoir dès le départ des moyens de capter la valeur environnementale et économique en vue d’une utilisation future. Et, en augmentant la productivité des ressources, cette approche sera importante pour améliorer la compétitivité internationale des fabricants.

Que sont les nouveaux matériaux ?

La définition de « matériaux nouveaux » est la suivante : matériaux qui sont (d’une certaine manière) nouveaux pour le système industriel.

Parmi les exemples récents, citons les nanoparticules, le graphène et les éléments des terres rares, comme le néodyme et le dysprosium. Si les nanoparticules et le graphène sont des découvertes relativement récentes, les premiers éléments rares des sols ont été identifiés au début du XIXe siècle, démontrant que ce qui importe – dans le contexte des matériaux nouveaux – n’est pas leur existence mais leur entrée dans le système industriel à une échelle commerciale.

Ces exemples mettent en évidence une autre distinction des matériaux nouveaux : les éléments impliqués peuvent être familiers, mais lorsqu’ils sont disposés d’une nouvelle manière, ils peuvent avoir des fonctionnalités très différentes. Par exemple : le graphène est fait de carbone et les nanoparticules d’argent ont des propriétés antimicrobiennes qui les rendent utiles en médecine.

Les matériaux basés sur des combinaisons d’autres matériaux, appelés composites, constituent une source de nouveauté qui se développe rapidement. Beaucoup d’entre eux incorporent des matériaux établis, par exemple : papier, plastique, aluminium. Mais leur combinaison aussi :

  • permet la même fonctionnalité – à un coût inférieur à celui d’une utilisation individuelle.
  • ou permet une fonctionnalité différente – qu’aucun d’entre eux ne peut réaliser seul

Penser à l’avenir.

Il est nécessaire de penser à l’avenir. Il existe un besoin évident de collaboration tout au long de la chaîne d’approvisionnement : les fabricants parlent aux transformateurs en fin de processus, développent des marchés pour les produits récupérés et les consommateurs sont engagés dans les bonnes options de collecte. Une récupération efficace peut être conçue dès l’étape de la planification pour tous les nouveaux matériaux – de sorte que :

  • les nouvelles technologies produisent des biens – adaptées à une économie circulaire
  • nous pouvons éviter que de nouveaux matériaux n’accablent un système d’approvisionnement en ressources – qui s’efforce de maintenir des limites durables
  • nous pouvons fournir aux fabricants de nouvelles sources de matériaux – à partir de chaînes d’approvisionnement plus diversifiées

Meilleure efficacité des ressources + impact sur l’environnement.

Qu’est-ce que l’économie circulaire ? De meilleurs systèmes pour l’efficacité et la sécurité des ressources. L’économie est en grande partie linéaire : nous extrayons des choses du sol, nous les transformons en produits qui durent de quelques minutes à quelques années au plus – et nous les enfouissons ensuite dans le sol comme décharge. Ce gaspillage de ressources et d’argent nuit également à l’environnement par l’extraction et l’élimination.

Nous pouvons minimiser l’utilisation des ressources, mais les matières premières sont encore nécessaires pour fabriquer des produits. Dans ce rapport, la promotion du concept de l’économie circulaire est montrer pertinente pour :

  • éviter l’impact sur l’environnement
  • réduire l’exposition à la volatilité et à la hausse des prix des produits de base
  • conserver les matériaux de valeur dans le système

 

L’économie circulaire capture et retient les matières dans le système, de sorte que les biens d’aujourd’hui sont reconditionnés ou réutilisés pour devenir les biens de demain, plutôt que d’être envoyés à la décharge. Nous cherchons comment le faire fonctionner, comment développer des business models qui permettent aux entreprises de rester rentables et comment les politiques peuvent contribuer à stimuler les changements nécessaires. Voici quelques exemples :

Le rapport complet ici : Getting It Right — from the start

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