Biomatériaux, quel avenir - Revue des Composites et des Matériaux

AVANT-PROPOS
Biomatériaux, quel avenir ?
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La plupart des plastiques et des polymères synthétiques actuels sont issus de la
pétrochimie. Ils ont une longue durée de vie qui rend l’élimination de leurs déchets
difficile. Ils constituent ainsi une source importante de pollution pour
l’environnement et pour la faune. Pour toutes ces raisons la recherche de solutions
visant à remplacer ces polymères non dégradables par des biomatériaux présente un
intérêt majeur aussi bien pour les pouvoirs publics que pour l’industrie du plastique.
De nombreux pays ont inscrit dans leurs programmes nationaux de recherche et
développement l’utilisation de la biomasse en tant que matière première de
substitution aux matières premières fossiles dans les secteurs de l’énergie, de la
chimie et des matériaux. Il s’agit dans cette démarche d’exploiter le potentiel de
photosynthèse de la plante pour réaliser des économies d’énergie, diversifier
l’agriculture, réduire les émissions de gaz à effet de serre, mettre au point des
techniques et produits compatibles avec l’environnement et au final créer des
emplois. La production de biomatériaux à partir de la biomasse s’inscrit donc dans
ce contexte d’une industrie qui devient plus respectueuse de l’environnement. Ainsi,
l’engouement pour les biomatériaux est-il croissant dans l’opinion depuis l’entrée en
vigueur de la loi interdisant la mise en décharge des déchets.
En France, la Recherche & Développement (R&D) sur les biomatériaux est
portée par le programme AGRICE 1 (Agriculture pour la Chimie et l’Energie) dont
l’objectif est de promouvoir l’utilisation des matières premières renouvelables
d’origine agricole pour la fabrication de bioproduits dans les domaines de l’énergie,
de la chimie et des matériaux. Dans ce programme les travaux de R&D sur les
biomatériaux sont abordés à la fois sous l’angle « valorisation des polymères
naturels » et « valorisation des fibres naturelles issues du végétal ».
Les projets soutenus par AGRICE ont porté sur l’ensemble des filières
agricoles : la filière blé pour les produits à base d’amidon, de cellulose de paille ou
de son, la filière betterave pour l’utilisation de la pulpe de betterave, la filière maïs
pour l’utilisation d’hétéroxylane ou d’arabinoxylane ou de la plante entière, la
filière protéagineux (pois, tournesol) pour l’utilisation de protéine, la filière colza
pour l’utilisation d’huile en vue de la réalisation de résine et des cultures nouvelles
comme le chanvre pour les fibres.
1. AGRICE : programme lancé par l’ADEME en 1994, en partenariat avec le monde agricole,
les industriels et les chercheurs.
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RCMA – 16/2006. Composites à fibre végétale
Les 4 grands axes des actions d’AGRICE
Recherches et développements de nouveaux polymères plastiques
Ils ont porté sur :
– le fractionnement, la purification et la transformation de polymères d’origine
végétal (amidon, protéine, cellulose, etc.) pour obtenir des bases de matériau ;
– la modification chimique ou physique des substrats notamment pour améliorer
les propriétés filmogènes, hydrophobes ou mécaniques ;
– la biosynthèse de polysaccharides par fermentation de substrats carbonés issus
de la biomasse (biotechnologie) pour la conception de nouveaux matériaux
thermoplastiques ;
– la recherche de nouvelles réactions (ultrasons, micro-ondes,) et les études des
réactivités sur les polysaccharides (cellulose, amidon, hémicelluloses) en vue de leur
conférer de nouvelles propriétés applicables dans le domaine des matériaux ;
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– la processabilité des matériaux.
Recherches et développements de l’utilisation des fibres végétales
Les travaux se sont focalisés sur :
– la production de matériaux composites à base de polymères végétaux ou
synthétiques par association de fibres naturelles et d’une matière liante ou
thermoplastique naturelle ;
– l’amélioration des techniques de compatibilisation des fibres avec différentes
matrices (synthétiques ou d’origine végétale) ;
– la recherche sur la résistance de ces matériaux aux micro-organismes, à
l’humidité, aux agents chimiques et à la température notamment ;
– la processabilité des matériaux.
Développement de méthodes analytiques permettant de mesurer
la biodégradabilité
Ces projets ont été menés en parallèle pour servir à la fois de base à la mise au
point de normes sur la biodégradabilité et à la compréhension des mécanismes de la
biodégradation et de l’impact environnemental des produits de biodégradation.
Divers aspects ont été abordés :
– évaluation de la biodégradabilité, du devenir des produits de biodégradation
(écotoxicité, accumulation des biopolymères utilisables en agriculture) ;
Avant-propos
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– étude du comportement des biomatériaux en situation de compostage ;
– mise au point de tests de biodégradabilité in situ et instrumentation de
laboratoire ;
– établissement d’une norme de biodégradabilité
biodégradables utilisés en agriculture et en horticulture.
pour
les
matériaux
Etudes technico-économique et de marketing
Ces études ont porté notamment sur l’état des lieux concernant les travaux de
R&D sur les biomatériaux et sur leur positionnement sur les marchés des plastiques
(marché des matériaux biodégradables) et des composites (marché des nouvelles
utilisations des fibres végétales).
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Cas particulier des matériaux issus des fibres végétales
Dans le cas particulier des matériaux issus des fibres végétales (agromatériaux
ou composites), on note que leur marché est en pleine expansion avec de nombreux
débouchés industriels. En effet, outre les avantages environnementaux généralement
reconnus pour la biomasse, les fibres végétales sont recherchées aussi pour leurs
qualités techniques (plus de souplesse par rapport au verre, faible abrasion pour les
machines de process), leur bon rapport prix/performance, leur innocuité sur le plan
sanitaire (moins ou pas de problème d’allergie ou de santé vis-à-vis des opérateurs
sur les chaînes de fabrication). Par ailleurs, les fibres végétales sont abondantes dans
le monde et très variées (chanvre, lin, coton, jute, kénaf…), aussi se caractérisentelles par une grande richesse d’usages. Si elles ont été de tout temps utilisées dans
les secteurs traditionnels comme le textile et l’industrie papetière, elles le sont
aujourd’hui dans de nouveaux secteurs comme l’automobile (habillage intérieur des
voitures, composites, matériaux isolants…), la construction et les géotextiles.
En effet, sur des applications spécifiques, les fibres végétales naturelles
permettent aux industriels d’obtenir des matériaux dotés de performances
techniques supérieures à celles des matériaux traditionnels.
Perspectives
Les études technico-économiques et de marché ont permis de dégager pour les
biopolymères et les fibres végétales, les principaux segments d’applications
concernant les produits les plus aboutis sur le marché. Par ailleurs, elles ont mis
l’accent sur les freins au développement et à l’utilisation de ces produits et proposé
des plans d’action marketing pour organiser les filières dans les domaines de
Recherche et développement, de la réglementation et de la communication.
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RCMA – 16/2006. Composites à fibre végétale
Recherche et développement. Des progrès sont encore nécessaires pour
améliorer notamment les performances techniques des biopolymères qui restent
aujourd’hui limitées pour certains types de produits (par exemple faible barrière au
gaz, adéquation biodégradabilité et durée de vie…) et pour les fibres végétales, les
principaux axes de R&D résident dans l’amélioration des propriétés des fibres par la
sélection, mais aussi dans l’optimisation des cultures et des modes d’extraction et
des procédés de transformation.
Réglementation. Globalement il est indispensable de mettre en place des cadres
réglementaires ou d’améliorer ceux existants pour intégrer les biomatériaux dans
l’économie au même titre que leurs concurrents issus des matières premières
fossiles.
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Communication. C’est un des leviers importants pour la promotion des filières
biomatériaux. Elle devra notamment porter sur le caractère renouvelable des
produits, leurs impacts sur l’environnement (biodégradabilité lorsqu’elle est
justifiée, effet de serre, économie d’énergie, innocuité pour la flore, la faune et
l’homme).
Hilaire Bewa
Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie
Direction des Energies Renouvelables,
des Réseaux et des Marchés Energétiques
Département Bioressources, Angers