La difficile industrialisation du bio

TICKET D'ENTRÉE 1 million d'euros et cinq années de développement sont nécessaires pour réussir à fabriquer des pièces à partir de biomatériaux. Produire à partir de matière d'origine végétale se révèle bien complexe. Nouvelles machines, nouveaux outillages, nouvelles méthodes... La chaîne de production doit s'adapter à cette nouvelle donne. Pour les ingénieurs méthodes, l'écriture du déroulé opératoire est un véritable casse-tête... qui nécessite également de solides investissements.
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Emballage en amidon de pomme de terre, pièces d'automobiles en composite de lin, béton à base de chanvre... Les produits issus de matériaux biosourcés émergent sur le marché. Mais ils sont encore très minoritairement représentés. Les PLA (acide polylactique obtenu par transformation de l'amidon) ne représentent, par exemple, que 0,1 % de la quantité mondiale de plastique consommée (soit environ 200 000 tonnes). Les industriels sont encore timides pour se lancer dans une exploitation à grande échelle de ces composants. On peut comprendre cette frilosité. Les contraintes que génère cette activité sont telles qu'elles imposent de revoir tout ou partie de son processus de production. Elles obligent aussi d'assurer des investissements relativement lourds (au moins 1 million d'euros), notamment pour des entreprises de petite taille, le plus en pointe sur ce créneau.

En réalité, ce ne sont pas les procédés en tant que tel qui posent problème. Les techniques classiques des plasturgistes comme l'extrusion, l'injection, le moulage par compression (tableau ci-dessous) s'appliquent aux biomatériaux. Il suffit d'insérer les composants biosourcés dans une trémie ou dans un moule à la place des compounds de plastique classique pour obtenir des pièces. En revanche, le réglage et le paramétrage des machines (température, pression, vitesse d'injection...) se révèlent beaucoup plus fins et exigeants. « Chaque produit est différent, témoigne Guillaume Lebouteiller, responsable technique de la société Naturplast, qui fournit des granulés d'amidon de maïs. Les industriels doivent apprendre à modifier leurs outillages régulièrement et à suivre un cahier des charges très précis pour utiliser ces matériaux. »

S'adapter à la variabilité des plantes

Taux d'humidité, densité, granulométrie... Les plantes sont par nature variables. D'une saison à l'autre, d'un champ à l'autre, les propriétés physiques des végétaux changent. Et les machines doivent s'y adapter. La gymnastique des réglages peut même se répéter à chaque fois que l'on change de lot de matière première. Difficile dans ces conditions de produire des pièces en grande série.

Outre les réglages, il est aussi parfois nécessaire d'ajouter des opérations supplémentaires dans le process. Les matériaux à base de PLA ont une reprise d'humidité plus importante que les matières en plastique. Il faut donc sécher la matière avant de l'utiliser. De plus, si les composites à base de résine polyester peuvent sécher à l'air libre, les résines PLA demandent d'atteindre des températures entre 50 et 80°C. Les industriels doivent donc se procurer des fours ou des étuves spécifiques pour travailler correctement ces matériaux. En outre, les biosourcés n'ont pas toujours les propriétés recherchées. Selon les critères voulus comme la perméabilité, la résistance aux UV ou la durabilité, il faut parfois doper les produits avec d'autres composants. Et les lignes de production doivent répondre à ces spécificités. « Les bouteilles en PLA ont des problèmes de durabilité et de perte d'eau. Les fabricants doivent ajouter une opération qui consiste à déposer une barrière pour éviter les fuites », précise Luc Desoutter, responsable du développement durable chez Sidel, qui conçoit des lignes d'embouteillage.

Les machines classiques sont parfois complètement inadaptées. Pour fabriquer du béton à base de chanvre, la PME grenobloise RB PIM a dû développer des méthodes très spécifiques. « Les équipements utilisés pour mélanger le ciment avec le sable ne fonctionnaient pas. Nous avons conçu une machine spécialement adaptée à ce nouveau mélange ciment-chanvre », explique Fabien Morel, le gérant de la société. Pendant cinq ans, les équipes ont travaillé pour permettre d'installer cette ligne de fabrication. Aujourd'hui, la société est capable de fournir du béton pour 500 maisons de 100 m2. Une deuxième ligne est en cours d'installation qui permettra de fournir du béton pour 4 000 maisons.

Pour la maintenance aussi, les machines souffrent. « Les lignes de production mettant en oeuvre les procédés d'injection ou d'extrusion s'encrassent plus rapidement avec les biomatériaux », assure Charlotte Thévenet, responsable du département innovation au sein du pôle de compétitivité Plastipolis. La société toulousaine Agrofibre (filiale du groupe Euralis), qui fournit du chanvre destiné à l'isolation des bâtiments, a dû acquérir une nouvelle machine. « Lors de notre première récolte, un tracteur a été endommagé à cause du caractère fibreux de la plante. Il a fallu nous déplacer jusqu'en Allemagne pour trouver une machine de récolte spécifique », raconte Eric Gazagnes, responsable R et D chez Agrofibre.

La fabrication de produits à partir de matériaux biosourcés en est encore au stade des expérimentations. Pour l'heure, les seuls procédés stables mettent encore en oeuvre des matières fossiles. Et il faudra attendre encore quelques années avant de pouvoir utiliser et industrialiser des composants 100 % biologiques.

« IL A FALLU NOUS DÉPLACER JUSQU'EN ALLEMAGNE POUR TROUVER UNE MACHINE DE RÉCOLTE SPÉCIFIQUE. »

LES PRINCIPALES MÉTHODES DE FABRICATION

L'INJECTION Un procédé efficace pour les formes complexes, de quelques grammes à plusieurs kilogrammes. La matière première est introduite dans un cylindre chauffé. Elle est ramollie, malaxée par une vis, puis introduite sous pression dans un moule. L'EXTRUSION Les pièces de grandes longueurs (câbles, tubes, films plastiques) sont réalisées à partir de cette méthode de transformation en continu. Les granulés sont introduits dans un cylindre chauffant, la matière poussée par une vis sans fin dans une filière. LE MOULAGE PAR COMPRESSION La poudre est introduite directement dans un moule. Sous le double effet de la pression et de la température, la matière prend l'empreinte du moule. LE MOULAGE PAR TRANSFERT DE RÉSINE (RTM) Cette technique permet d'obtenir des matériaux composites (mélange de fibres et de résine). Les fibres végétales sont tissées sur des métiers pour leur donner la forme d'un bout de tissu. La matrice ainsi obtenue est placée dans un moule. On injecte ensuite de la résine qui imprègne les fibres.

Des kayaks en lin faits main

Concevoir des bateaux en tissu. Tel est le défi que se sont lancé les équipes bretonnes du projet Navecomat. Dessiné par la navigatrice Catherine Chabaud, ce kayak a vu le jour grâce au concours de l'université de Bretagne Sud (pour les études sur moule) et de la PME bretonne Plasmor (pour le volet fabrication). Aujourd'hui, il existe un unique prototype de petit bateau de randonnée (4,5 m de long) réalisé à partir d'un composite de lin et de résine polyester classique. Le processus de fabrication restant encore plus proche de l'artisanat que de la grande série. Les mats de lin (feutres de fibres agglomérées), fournis par l'entreprise suédoise Altröm, sont d'abord placés dans un moule. On dépose ensuite la résine de polyester au pinceau avant de sécher ces plaques à l'air libre. On les assemble ensuite par collage les unes aux autres. On peut répéter l'opération plusieurs fois en fonction des épaisseurs variables dans la coque. « Nous souhaitons à terme évoluer vers une résine naturelle en PLA », explique Dominique Bourçois, le directeur de Plasmor. Mais la migration n'est pas simple car la PME devra investir dans des étuves à 200 °C, aptes à recevoir des embarcations de 4,5 m.

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