Chacun cherche son bioplastique

Les polymères « biosourcés » ont le vent en poupe. Après l'emballage, ils colonisent de plus en plus de secteurs industriels. Les chimistes travaillent pour adapter leurs caractéristiques à des applications de plus en plus exigeantes.

Une bouteille de soda en canne à sucre ! C'est l'innovation que le géant américain Coca-Cola a mise sur le marché l'an dernier. La « plant bottle », comme il l'a baptisée, est plus exactement composée de matériau recyclé et de 30 % de plastique issu de la canne à sucre ou de la mélasse. La firme d'Atlanta annonçait ainsi vouloir produire 2 milliards de ces bouteilles « végétales » d'ici à la fin 2010. De plus en plus d'industriels se tournent vers des matières premières d'origine végétale pour fabriquer des emballages, des sacs et même des pièces automobiles en plastique. Cette filière reste encore anecdotique rapportée aux 245 millions de tonnes de plastique produits dans le monde, mais elle prend de l'ampleur. Entre 2007 et 2013, les capacités de production de polymères biosourcés devraient ainsi passer de 360 000 tonnes à 2,33 millions de tonnes, selon une étude menée par l'université d'Utrecht, aux Pays-Bas.

C'est simple. Aucun grand producteur ou utilisateur ne peut se permettre de faire l'impasse sur ce nouveau matériau. Au-delà de l'emballage, les bioplastiques commencent à intéresser d'autres secteurs d'application. En France, PSA Peugeot Citroën souhaite intégrer une dizaine de pièces en bioplastique dans ses véhicules d'ici à 2015. Pour ces grands groupes, c'est un bon moyen de « verdir » leur image tout en diversifiant leurs sources d'approvisionnement alors que les réserves de pétrole s'amenuisent. Les matériaux d'origine végétale permettent de réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) liées à leur produit. Ils délivrent moins de CO2 dans l'atmosphère, durant leur cycle de vie, que les plastiques traditionnels issus du pétrole. Le chimiste Rhodia s'est positionné sur ce créneau avec le Technyl eXten.

Ce polyamide, constitué à 62 % de carbone d'origine végétale, est synthétisé, en partie, à partir d'un monomère issu de l'huile de ricin. Grâce à ses performances techniques semblables aux autres polyamides du groupe, ce plastique haute performance peut être utilisé dans la production de pièces automobiles. Il est pertinent dans les circuits de refroidissement, l'assistance au freinage, les tubulures d'admission. Entre autres. « Avec ce produit, nous parvenons à diviser par deux les émissions de CO2 et à réduire de 20 % la consommation de ressources fossiles », assure Jean-Pierre Marchand, directeur innovation « engineering plastics » chez Rhodia. Le coût reste toutefois plus élevé que pour un plastique traditionnel.

À moyen terme, le groupe français devrait se tourner vers la production de matériaux issus du sucre de canne. Il pourrait ainsi profiter des capacités de production déployées pour la fabrication de biocarburants. « L'objectif, c'est d'obtenir un matériau plastique 100 % biosourcé, assure Jean-Pierre Marchand. C'est possible d'un point de vue technologique, mais pas encore viable sur le plan économique. »

REPOUSSER LES LIMITES DES MATÉRIAUX

Chez Bayer, on s'efforce aussi de « verdir » ses produits. Le chimiste allemand présente un « concept shoe » avec une semelle constituée d'un élastomère polyuréthane conçu à 70 % de matières premières renouvelables. Toujours dans la logique d'éviter le recours aux ressources pétrolières, la société Roquette veut exploiter des polysaccharides issus de l'amidon.

La PME nordiste tire sa matière première de plantes telles que le blé, le maïs ou bien encore la pomme de terre. En modifiant ces polymères végétaux, elle met au point des thermoplastiques qui pourront trouver des applications dans l'automobile, le secteur des jouets, le mobilier et les équipements électriques. Au cours de leur cycle de vie, ces nouveaux produits émettraient 35 à 50 % de CO2 en moins que les pièces traditionnelles. « La chimie de l'amidon nous permet de retrouver le spectre des propriétés habituelles des thermoplastiques, affirme Michel Serpelloni, directeur du programme innovation plastiques végétaux chez Roquette. Certaines propriétés, par exemple l'isolation électrique, peuvent se révéler meilleures que dans les plastiques usuels. » Mais la plupart de ces projets menés en partenariat avec des industriels n'en sont qu'au stade du prototype.

Pour sortir des applications de niche, les producteurs doivent repousser les limites de leurs matériaux. C'est dans cette optique qu'Arkema, positionné comme Rhodia sur la production de polyamides à base d'huile de ricin, commercialise depuis 2009 le Rilsan HT. Ce plastique, qui contient jusqu'à 70 % de carbone d'origine végétale, est capable de résister en continu à une température de 180 °C. Ce qui ouvre la possibilité de réaliser des pièces automobiles « sous capot », comme des canalisations ou des connecteurs habituellement en métal.

Les recherches du chimiste ne s'arrêtent pas là. Il développe aussi des charges d'origine végétale pour renforcer les plastiques entrant dans la fabrication de pièces pour le transport, les fenêtres et les équipements de sport.

« Nous musclons nos polyamides et polyesters avec des fibres de lin », indique Denis Bortzmeyer, directeur des partenariats au sein de la R et D d'Arkema. Le pôle de compétitivité de la plasturgie Plastipolis, basé à Oyonnax (Ain), s'est aussi tourné vers cette voie. Il met actuellement au point, en partenariat avec des industriels du ferroviaire et de l'automobile, une résine thermodurcissable renforcée en fibres de lin. « Nous devons encore améliorer des propriétés telles que les performances mécaniques, et la tenue au feu et à la chaleur », reconnaît Patrick Vuillermoz, directeur général du pôle Plastipolis.

Le développement des polymères biosourcés permet aussi d'étendre la gamme des plastiques biodégradables. Le géant de la chimie BASF vient ainsi de commercialiser l'Ecovio : un mélange de PLA (acide polylactique, biodégradable), l'un des plastiques biosourcés les plus répandus, avec un plastique biodégradable issu de la pétrochimie dénommé Ecoflex. « L'intégration du PLA rigidifie l'Ecoflex sans nuire à sa biodégradabilité », explique Alexandrine Guillez, responsable développement marchés chez BASF. Les applications concernent pour le moment le packaging alimentaire mais devraient de plus en plus se développer dans les films de paillage pour l'agriculture. Des travaux visent à adapter l'Ecovio à l'injection plastique.

RECHERCHE AUTOUR DU BOIS

Pendant que les industriels exploitent les avantages immédiats des polymères d'origines renouvelables, les laboratoires voient plus loin. « Les ressources biologiques apportent des molécules différentes de celles issues de la pétrochimie, résume Luc Avérous, du Laboratoire d'ingénierie des polymères pour les hautes technologies (LIPHT) à l'université de Strasbourg. Elles offrent une série de propriétés supplémentaires. »

La recherche sur la lignine issue du bois en est encore au stade exploratoire. Difficile à transformer et à dégrader, elle pourrait toutefois être incorporée aux plastiques pour les rigidifier et les rendre plus résistants. À plus long terme, le règne animal pourrait lui aussi fournir de nouvelles applications. La chitine, prélevée dans les exosquelettes de crustacés, possède des propriétés bactéricides et biocompatibles. Des applications dans le domaine de la santé (médicaments, pansements...) sont envisagées.