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Comment se porte le marché du bioplastique et quelles sont les nouvelles idées émergentes? Consultez les 2 articles suivants sur le sujet:
1. Les bioplastiques en mouvement : le marché
2. Les bioplastiques en mouvement : de nouvelles idées

1. Les bioplastiques en mouvement : le marché

Le marché des bioplastiques est à un tournant. Ces matériaux trouvent enfin leur place. De grandes marques comme Coca-Cola, Danone, Nestlé et Procter & Gamble commercialisent déjà des produits dans des emballages biodégradables.

Le BioPET

Depuis décembre 2009, Coca-Cola fabrique la PlantBottle, une bouteille contenant 30% de monoéthylène glycol (MEG) issu de ressources renouvelables, ce qui correspond à une réduction de 15% du CO2 émis. Aujourd'hui, la firme a déjà vendu 10 milliards de bouteilles et le produit est présent dans 20 pays. En parallèle, elle a augmenté la teneur en rPET (PET recyclé), estimant que la combinaison utilisation de matières renouvelables/recyclage permet une bonne gestion des ressources.

Un des objectifs de Coca-Cola est d'améliorer la purification de l'acide téréphtalique (PTA) à partir de ressources non fossiles. Le PTA intervient pour 70% en poids dans la formulation du PET, à côté des 30% du MEG. Cette année, Coca-Cola a annoncé qu'il investit dans 3 entreprises pour accélérer le développement de la matière PlantBottle.

  • Virent (USA) qui fabrique un biofeedstock, le paraxylène BioForm PX à partir de divers produits agricoles comme le sucre de betterave, le sucre de canne, les écorces de pin, les tiges de maïs... La pleine production y démarrera en 2015.
  • Gevo (USA), qui développe un isobutanol 100 % renouvelable, matière pour le paraxylène également.
  • Avantium Research and Technology (NL) qui possède une technologie de catalyse permettant de fabriquer un nouveau plastique, le PEF. Cette matière, qui pourrait remplacer l'actuel PET des bouteilles, peut être fabriquée à partir de biomasse contenant des hydrates de carbone comme le sucre de canne, ou divers résidus agricoles. Le PEF est 100% biobasé et recyclable. Ils se caractérise par d'excellentes propriétés barrières (3x mieux que le PET pour le CO2 et 6x mieux pour l'O2). La production commerciale démarrera d'ici 3-4 ans.

PepsiCo, quant à lui, a annoncé en 2011 la mise au point d'une bouteille en PET 100% renouvelable, à partir d'acide téréphtalique issu de déchets alimentaires. La production pilote ne démarrera qu'en 2012 et sera limitée à 100 000 – 500 000 bouteilles. Heinz Ketchup a choisi de collaborer avec Coca-Cola sur la voie du monomère biosourcé. La firme commence avec une production de 120 millions de bouteilles et vise le PET 100% vert en 2020. Volvic, filiale de Danone, commercialise depuis 2010 une bouteille de 1.5 l de PET semi-biosourcé du même type. Plus largement, Danone s'est lancé dans l'aventure des bioplastiques avec également du bioPE pour les bouteilles de yaourt Actimel et du PLA pour les yaourts Activia. La firme expérimente en même temps des voies de recyclage pour ses produits, même si toute une logistique et une infrastructure seraient à mettre en place. Galactic (BE) par exemple expérimente un processus chimique (hydrolyse et repolymérisation du monomère) pour recycler le PLA des emballages de yaourts. Nestlé commercialise des emballages biodégradables à base de PLA et à base d'amidon.

Le biosourcé non biodégradable

Le brésilien Braskem reste le leader des polymères biosourcés non biodégradables. Depuis 1 an, la firme transforme à l'échelle industrielle le bioéthanol issu du sucre de canne en bioéthylène pour en faire des plastiques recyclables qui sont 100% compatibles avec leurs équivalents issus du pétrole dans les lignes de recyclage existantes. P&G, par exemple, utilise le BioPE de Braskem dans les emballages de la gamme Pantène. Il y a 5 ans déjà, Toyota a commencé à se tourner vers les plastiques biosourcés dans ses automobiles. Aujourd'hui, dans la Prius ou dans la Lexus 200, 60% des intérieurs sont déjà biosourcés : mousse des sièges en PU d'origine végétale, textiles et tapis de sol partiellement en polyester biobasé (PTT), peau du tableau de bord en bioPET...

Evolution de la production et de la consommation

Les stratégies des grandes entreprises utilisatrices influencent fortement toute la chaîne de valeur des bioplastiques. Ainsi, si les visions annoncées par ces "clients" se concrétisent, la capacité de production devra quintupler pour arriver aux 5 millions t nécessaires (capacité 2010 : 0.7245 million t). On a vu plus haut dans ce texte que certains utilisateurs deviennent eux-mêmes producteurs de matière (Coca-Cola, PepsiCo...). European Bioplastics fournit périodiquement des statistiques sur les marchés. Elles sont minimalistes puisqu'elles n'incluent ni les matériaux cellulosiques, présents à grande échelle sur les marchés depuis de nombreuses années, ni les thermodurcissables comme les PU ou les UP biobasés, ni les composites renforcés de fibres naturelles ou de farine de bois. Le total restant ne représente que 1 % de tous les plastiques, mais la production aura doublé entre 2000 et 2015, la croissance actuelle étant de 20-30% par an. On devrait atteindre 1.7 million t en 2015. En 2012, la répartition entre biodégradables et biosourcés non biodégradables est de 400 000 t pour 300 000 t, ce rapport étant appelé à s'inverser dans les années à venir. En 2010, l'Europe était le plus gros consommateur de bioplastiques. Mais le développement des régions Asie/Pacifique induit une plus forte croissance des marchés. L'Amérique Centrale et du Sud, qui ne représentaient qu'une faible portion jusqu'ici deviendront les plus gros consommateurs de bioPE. La demande en 2015 devrait se répartir comme suit : Europe de l'Ouest 34%, Asie/Pacifique 31%, Amérique du Nord 24% et autres régions 11 %.

Les matières

Les polymères cellulosiques et les plastiques à base d'amidon dominent le marché, car ils sont durables, résistants, facilement dégradés. Ils sont utilisés depuis longtemps dans des coatings, des boutons, des fils... Mais leur part relative va se réduire dans les années à venir. Le PLA, également en tête du marché, poursuivra sa croissance, grâce à des propriétés améliorées et des prix toujours inférieurs à ceux des autres bioplastiques. Le polyhydroxyalkanoate (PHA), qui vient d'entrer sur le marché, bénéficiera de la croissance la plus forte. Les biosourcés non biodégradables continueront à tirer la demande bien au-delà de 2015, notamment grâce aux biopolyoléfines de Braskem. La production de PET 100% bio est attendue d'ici 2020.

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Axes de R&D

Les grands colloques et foires sur les biopolymères qui se sont déroulés en 2011 permettent de tirer quelques conclusions complémentaires sur l'évolution des biosourcés.

  • Les biopolymères sont à la mode; ils répondent à une demande et permettent aux entreprises qui les utilisent de promouvoir une image verte. Mais les choix devraient être basés sur des analyses du cycle de vie. Pour une gestion efficace des ressources, il faut non seulement utiliser des matières biosourcées mais encore intégrer dans la réflexion leur recyclage, d'autant que les législations imposent des taux de recyclage de déchets dans nombre de secteurs comme l'emballage, l'électricité/électronique ou l'automobile. La prochaine étape pourrait consister en l'imposition d'un taux de matières recyclées dans les produits. La gestion des ressources passe aussi par l'écodesign (parois minces, économie de matière...)
  • Les modes de dégradation des produits finaux doivent encore être étudiés
  • De nombreux travaux portent sur la cellulose et ses dérivés qui semblent promis à un bel avenir. Quelques exemples. La cellulose nanocristalline peut être combinée avec de la résiline produite par E-coli pour obtenir des mousses à mémoire élastiques. Les nanocristaux peuvent être alignés par des effets de convection et de cisaillement pour produire des coatings avec une résistance mécanique et une résistance à l'usure améliorées. Des films ultrafins avec des propriétés thermiques et électrostatiques particulières sont développés. Des chercheurs développent des hydrogels biocompatibles avec des nanofibrilles de cellulose et une structure poreuse et homogène. Ces hydrogels composites ont un module d'élasticité plus élevé que les autres hydrogels et pourraient intervenir pour remplacer la substance gélatineuse qui se trouve dans les disques intervertébraux pour le traitement des douleurs de dos chroniques. •Les huiles végétales sont également un créneau en développement et toutes sortes de matériaux sont produits à partir de telles huiles, comme par exemple, des adhésifs sensibles à la pression à partir de l'huile de soja. Conclusion Les bioplastiques sont à un tournant de leur histoire. Même si l'explosion enregistrée ces dernières années ne se poursuivra pas et que le rythme de croissance sera ralenti, ils sont considérés comme des matériaux de choix. Les facteurs influençant seront :
  • L'augmentation des prix du pétrole
  • La pression des consommateurs de plus en plus demandeurs de solutions "durables"
  • L'amélioration des performances des matières
  • L'arrivée des plastiques de grande diffusion produits à partir de ressources renouvelables. Ce sont d'ailleurs eux qui se développeront le plus vite.

Voir aussi

Techniline 04.02.11 - Les bioplastiques en mouvement : le marché

Personne de contact

Sirris, Fabienne Windels, E-mail fabienne.windels@sirris.be, Tél. +32 4 361 87 57 Fax +32 4 361 87 02    

2. Les bioplastiques en mouvement: de nouvelles idées

Des bioplastiques à partir de plumes de volaille, de protéines de lait et d'argile ou de champignons.

Des bioplastiques compostables à partir de plumes de dindes

Un peu partout dans le monde, les transformateurs commencent à s'intéresser à la kératine dérivée des plumes de volaille. Moins dense que les polyoléfines, avec un module de 3-5 GPa et une contrainte à la rupture de 200-500 MPa, le matériau, thermoplastique et biodégradable, peut être moulé tel quel ou mélangé avec des thermoplastiques standards pour créer des compounds "verts". La kératine est moins sensible à la température que d'autres bioplastiques. Sa température de fusion est de 95°C.

bioplastiques compostables

Il y a déjà eu des tentatives pour utiliser les plumes de volaille comme matière première mais Eastern Bioplastics (US) a une longueur d'avance car elle a développé un procédé de transformation continu, presque entièrement automatisé et qui consomme moins d'énergie. Tiges et barbes contiennent de la kératine, une matière qui peut être mise en œuvre à peu près comme un thermoplastique standard. Les plumes sont nettoyées, hachées et extrudées en joncs qui sont ensuite coupés en granulés. Ceux-ci n'ont pas d'odeur. Bien que naturellement blanc/brun, la kératine peut se colorer facilement.

bioplastiques compostables 2

L'entreprise a développé essentiellement des grades pour injection, mais travaille aussi sur des formulations pour extrusion, notamment pour la fabrication de films agricoles. Les fabricants d'emballages, de vaisselle à jeter ou d'autres articles à courte durée de vie sont intéressés par la kératine pure, les fournisseurs de pièces automobiles ou de mobilier sont intéressés par les compounds (à 40% par exemple) avec des plastiques comme HDPE, LDPE et PP. Dans ce cas, les fibres sont encapsulées entièrement dans le thermoplastique et l'eau ou les microbes ne peuvent les dégrader; les compounds ne sont donc pas biodégradables.

Une mousse biodégradable à base de protéines de lait et d'argile

mousse biodégradable

Des scientifiques de l'American Chemical Society ont développé un matériau biodégradable à partir de protéine de lait (caséine) et d'argile montmorillonite sodique (Na+-MMT). Sous forme d'aérogel, il pourrait être utilisé pour remplacer les mousses classiques PU ou PS dans l'ameublement, l'isolation, l'emballage...La caséine représente 80% des protéines du lait. Cette substance est utilisée dans certaines colles ou couchages de papier, notamment pour ses excellentes propriétés barrières au CO2 et à l'oxygène. Mais elle est peu résistante et soluble dans l'eau. Pour améliorer ses propriétés tout en préservant sa biodégradabilité, des scientifiques de Case Western Reserve University l'ont mélangé à de l'argile et à l'agent de réticulation dl-glycéraldéhyde (GC). Ces suspensions aqueuses sont transformées par un simple procédé de lyophilisation en un aérogel très léger. Celui-ci est ensuite traité au four pour former des liaisons entre les groupes amines de la caséine avec les groupes aldéhydes du GC.

caseine

L'augmentation de la concentration en GC augmente la résistance mécanique, la rugosité et la stabilité thermique de l'aérogel, dont la densité reste dans la gamme 0.11-0.12 g cm-3. Le matériau est suffisamment résistant pour envisager des applications commerciales. Un tiers du matériau est biodégradé après 30 jours.

Une mousse d'emballage à partir de champignons

Des chercheurs issus du Rensselaer Inst. ont développé un matériau d'emballage écologique, le Mycobond, à partir de déchets agricoles locaux, tels que des enveloppes de grains, des graines de coton, des fibres de bois. Ce substrat est pasteurisé puis inoculé avec du mycélium de champignon. En 6 ou 7 jours, le mycélium se propage à travers toute la matière et agrège le substrat pour former une matière composite. Après cette étape, le matériau est séché dans un four à basse température, ce qui stoppe la croissance du champignon. Le matériau, qui a déjà été utilisé pour des emballages de matériel bureautique et audio, peut être considéré, comme un substitut de polypropylène expansé et de mousses de polystyrène. Il passe tous les tests de chute, de vibration, de rayure, de variation de température et d'humidité.

mousse d'emballage

Un autre avantage du matériau : il peut être composté, même à domicile, avec des vitesses de dégradation de 2 semaines à 3 mois. D'autre part, le processus se déroule dans des moules faits de bouteilles recyclées. Au total, le matériau consomme un huitième seulement de l'énergie nécessaire aux mousses synthétiques. Les chercheurs travaillent à réduire encore la consommation énergétique en remplaçant le four à vapeur pour la stérilisation du substrat par un traitement à base d'huiles végétales. Le rapport serait alors de 1:40. Une étude du cycle de vie est en cours. Les résultats dépendront notamment de la matière première agricole choisie, du produit fourni, de la localisation de la production. Le Mycobond est déjà vendu auprès de quelques grandes firmes. Lorsque le nouveau procédé de stérilisation sera au point, il sera commercialisé plus largement et arrivera sur le marché du DIY d'ici 2013.

Sources