Responsable de la première année du Master chimie et physico-chimie des matériaux, directeur adjoint de l'IPREM et spécialiste en science des macromolécules, Laurent Billon développe des matériaux inspirés du monde animal et végétal. L'enseignant-chercheur de l'UPPA coordonne également la création sur la Côte basque d'un vaste pôle de recherche, de formation et d'innovation consacré au biomimétisme: IPREM Océan.
Sans doute l'avez-vous déjà observé : certaines espèces de lézards de la famille des geckos sont capables de se déplacer la tête en bas sur un mur vertical, voire de rester accrochés au plafond sans tomber. Plus surprenant encore, savez-vous que la composition et la structure des feuilles de lotus empêchent les gouttes d'eau d'adhérer à leur surface ? Ou bien que la couleur bleue métallique des ailes du papillon Morpho aux propriétés incroyables varient selon l'angle de vue ou l'illumination ? Idéales pour briller en société, ces anecdotes sont surtout une source d'inspiration infinie pour les chercheurs. En imitant certaines propriétés naturelles (biomimétisme) ou en s'en inspirant (bio-inspiration), le potentiel scientifique est immense. La lecture du rapport publié par la région Nouvelle-Aquitaine en avril 2018 donne un aperçu de la nature profondément disruptive du biomimétisme sur le plan technologique.
« Que ce soit en termes de fonctionnalité, de structure ou d'architecture, nous avons beaucoup à apprendre de l'observation du monde animal et végétal », témoigne Laurent Billon, professeur des universités de l'UPPA, spécialiste des matériaux bio-inspirés. Un assemblage de molécules reproduisant la structure des ailes du papillon Morpho permettrait par exemple de créer des couleurs sans colorant. Mieux encore, s'enthousiasme le directeur adjoint de l'Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (IPREM), « en nous inspirant de l'architecture et des propriétés des feuilles des arbres, nous réussirons peut-être un jour à capter l'énergie solaire, à la transformer et à la stocker à notre guise à l'échelle moléculaire, sous forme d'hydrogène, et à nous orienter ainsi vers une nouvelle génération d'énergies renouvelables et durables. » Laurent Billon parle d'or. L'enseignant-chercheur de l'UPPA coordonne depuis 2018 le projet eSCALED (european School on Artificial Leaf : Electrodes & Devices). Sous sa houlette, une trentaine de chercheurs européens et une quinzaine de doctorants, dont huit de l'UPPA, travaillent actuellement pour relever ce passionnant défi scientifique et technologique.
Vers la photosynthèse artificielle
À l'instar des plantes qui parviennent à combiner le CO₂ de l’atmosphère avec de l’eau et capter l’énergie solaire pour la stocker sous forme d’énergie chimique (biomasse), eSCALED vise à élaborer un dispositif de feuille artificielle fonctionnant sur le principe de la photosynthèse, afin de produire de l'hydrogène H₂ ou des matières premières sous forme chimique stable et stockable. Une telle solution offrirait une alternative aux énergies fossiles et limiterait de fait les émissions de gaz à effet de serre. Elle permettrait de surcroît de valoriser le CO₂ accumulé dans l’atmosphère en le transformant en molécules organiques, riches en énergie, surnommées ''carburants solaires''. Financé par l'Union européenne (H2020) en partenariat avec Ceebios, ce programme de recherche s'inscrit dans l'indispensable transition écologique et durable. « Nous parions sur le biomimétisme pour développer un dispositif capable de transformer le soleil en carburants », résume le chercheur palois engagé dans un long travail de fourmi, convaincu que la technologie nécessitera probablement plusieurs années, voire décennies de recherche avant d'être mature. Probablement pas avant 2030, estime-t-il.
De la chimie aux biomatériaux
Formé à la chimie des polymères, auteur d'une thèse soutenue en 1996 à l'UPPA sur les ''Matrices organiques à haute stabilité thermique et résistance à l'oxydation'', rien ne prédestinait Laurent Billon à s'intéresser de si près aux vertus de la chlorophylle ou aux étonnantes propriétés mécaniques des coquillages et des carapaces de coléoptères. « Mon cheminement de la chimie au biomimétisme coïncide avec une prise de conscience progressive. Mes travaux de recherche actuels permettent finalement de faire converger mes centres d'intérêt professionnels avec mes orientations personnelles. J'ai aujourd'hui la chance de m'épanouir dans ma vie professionnelle, mais peut-être y-a-t-il un biologiste frustré en moi... », concède-t-il, amusé. Sa première publication scientifique bio-inspirée date de 2007. Elle porte sur les matériaux poreux inspirés de matériaux vivants tels que l’exosquelette des diatomées, des micro-algues capables de photosynthèse et donc de fixer du CO2. Depuis, Laurent Billon n'a pas cessé de creuser son sillon, consolidant chaque jour un peu plus la volonté de l'UPPA de développer la recherche sur le biomimétisme. L'université a en effet multiplié les partenariats avec des entreprises locales et des industriels de premier plan vertement intéressés par les travaux de recherche de ses laboratoires : BASF, LVMH, Merck, TOYAL, Renault... En un mot, en particulier grâce à l'IPREM et au LFCR, l'UPPA a pris le biomimétisme par les cornes et se donne aujourd'hui les moyens d'en faire l'un de ses domaines d'excellence.
L'excellence au naturel
Sous l’accompagnement de Laurent Billon, la création en 2018 de la Chaire Manta (Marine materials), portée par la talentueuse Susana de Matos Fernandes, à laquelle participent notamment le laboratoire d'études en entropie sous-marine (LEES) ainsi que les Laboratoires de Biarritz, spécialisés dans les protections solaires bio innovantes, marque une étape importante dans le rayonnement de l'université en matière de bio-inspiration. La création l'année suivante de la Chaire internationale InterMat (Interface matters in solution processed inorganic/organic thin film solar cells for bio-inspired solar fuels generation), portée cette fois-ci par Emilio Palomares de l’ICIQ à Tarragone, a permis à l'université de gagner plus encore en visibilité. L'ouverture en septembre 2020 à l'UPPA d'un Master en matériaux bio-inspirés, sous la responsabilité de Laurent Billon et de sa collègue Corinne Nardin, s'inscrit finalement dans le prolongement naturel des efforts déployés depuis plus d'une dizaine d'années par les équipes paloises. « Ce Master est unique en France par son approche multidisciplinaire, souligne le directeur adjoint de l'IPREM. Le biomimétisme exige de la curiosité, de l'ouverture d'esprit et beaucoup de transversalité pour croiser les regards et innover. C'est pourquoi nous souhaitons recruter des étudiants venus d'horizons divers, aussi bien des biologistes, des physiciens que des chimistes et pourquoi pas ultérieurement des étudiants en sciences sociales et humanité . »
Le pôle biomimétique IPREM Océan
La création de cette nouvelle filière de formation inédite préfigure de surcroît la naissance à l'horizon 2022, sur la Côte basque, d'un pôle d'exception entièrement dédié au biomimétisme, intégrant l’IPREM Océan, et agrégeant recherche, formation et innovation en lien avec le tissu économique local mais aussi national et international. Aujourd'hui en poste à Pau, au cœur de la Technopole Hélioparc, Laurent Billon se prépare à prendre la direction de ce futur bâtiment biomimétique sur la côte basque. « Ce pôle va permettre à l'université de prendre une nouvelle dimension, d'être reconnue internationalement sur cette thématique», prédit-il. Partie prenante de l'accord de coopération internationale entre l'UPPA et la prestigieuse université chinoise du Sichuan, une des premières au monde en nombre de publications dans le domaine des polymères, Laurent Billon mesure déjà l'intérêt suscité à l'étranger par le lancement de ce nouveau pôle dédié au biomimétisme. « Mes collègues chinois sont attentifs à nos travaux et se réjouissent de notre détermination à monter en puissance dans ce domaine. Dans un avenir proche, cela pourrait d'ailleurs déboucher sur la création d'un laboratoire commun sur la thématique des matériaux bio-sourcés. » Comme le dit un proverbe chinois auquel seront sensibles les férus de biomimétisme : avec le temps et la patience, la feuille
