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Quotidien des Usines

Le plastique naturel sur la voie industrielle

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Publié le

Tandis que l'américain Cargill Dow Polymers annonce la production industrielle du PLA, son polymère issu du maïs, Monsanto abandonne ses recherches sur le plastique par les plantes. L'avenir des plastiques d'origine naturelle reste incertain. Pourtant, les technologies ne cessent d'évoluer.

Les entreprises citées

Ce n'était pas un effet d'annonce. Comme prévu lors de sa création, il y a trois ans, Cargill Dow Polymers (CDP) se lance dans la construction d'une usine qui devrait fabriquer en quantités industrielles des polymères d'origine naturelle. L'usine sera établie à Blair, dans l'Etat du Nebraska, gros fournisseur de maïs. Un investissement de 300 millions de dollars pour une unité opérationnelle en 2001, capable de produire quelque 140 000 tonnes de polymères polylactides (PLA) issus du maïs. Mieux encore, le géant céréalier Cargill Inc. et le chimiste Dow Chemical, à l'origine du joint-venture CDP, comptent ouvrir une unité similaire en Europe dans les deux ans. Certes, par rapport au tonnage des polymères issus chaque année de l'industrie pétrochimique, l'annonce peut sembler mineure. Mais, comparée aux 30 000 tonnes de polymères d'origine biodégradable, elle est loin d'être anodine.

Le principe bien connu de la fermentation

Avec cet investissement, CDP donne un nouvel élan à des produits encore très marginaux. Car, si depuis les crises pétrolières les chercheurs s'affairent pour trouver des successeurs au pétrole pour la production de polymères, le succès est loin d'être au rendez-vous. Qualités moyennes, coût trop élevé entachaient les découvertes. Les grands groupes chimiques n'en cessent pas moins de plancher sur le raffinement des process, ou sur d'autres voies, comme les modifications génétiques. Avec des succès contrastés... C'est sur le PLA que Cargill Dow Polymers a jeté son dévolu. Le procédé NatureWorks développé par la société repose sur le principe bien connu de la fermentation. La matière première - pour l'instant, le maïs, mais la société compte bien utiliser le riz, le blé, ou toute autre graine contenant du sucre ou de l'amidon - est récoltée puis moulinée pour en extraire l'amidon, qui est converti en sucre. Un peu bousculées, fermentées, catalysées et distillées, ces chaînes carbonées seront à l'origine des différents polymères polylactides (voir ci-desous). Simple ? Pas tant que cela ! Les autres groupes qui travaillent sur la question n'ont pas vraiment dépassé le stade des unités pilotes. A l'image du japonais Mitsui Chemicals, qui a pourtant déposé quelque 146 brevets sur des polymères à base d'acide lactique. Il faut dire que le PLA présente de nombreux inconvénients qui compliquent sa production. Son poids moléculaire important le rend difficile à travailler et à dissoudre dans un solvant. D'autre part, un PLA n'arrive jamais seul : le process génère plusieurs sortes d'acides lactiques aux propriétés optiques différentes et aux chaînes de longueur variables. Des facteurs primordiaux à contrôler, car les propriétés du polymère final dépendent des proportions de ces divers composants. Pour vaincre ces différents obstacles, CDP n'a pas ménagé ses efforts. " Nous y travaillons depuis plus de vingt ans ", annonce Pat Gruber, le vice-président en charge de la technologie. Ses équipes de développement ont ainsi découvert que les différents polymères ont des températures de fusion distinctes, ce qui permet de les séparer par distillation. " Un contrôle efficace de la température nous donne ainsi la main sur les ratios des différents composants ", détaille Pat Gruber. Confiant dans ses travaux, le groupe a mis au point, dès 1984, une unité semi-commerciale d'une capacité de 4 000 tonnes par an. Capacité qui va d'ailleurs doubler cette année, en attendant que l'unité de Blair devienne opérationnelle. Mais cela ne s'est pas fait sans peine. Car, " si la littérature sur le PLA est abondante au niveau fondamental, il a fallu totalement apprendre son comportement en conditions industrielles ". Les chercheurs ont ainsi subi les aléas des transferts de chaleur et ont dû contourner la difficulté inhérente à la viscosité du polymère. " Cela nous a demandé bien plus de travail que ce qu'on avait imaginé. " Mais, au final, c'est un matériau très compétitif qui est sorti des chaînes.

Des matières concurrentes

Le matériau de CDP, s'il est aujourd'hui bien avancé, n'est pas seul dans sa catégorie. Le groupe italien Novamont produit pour sa part 8 000 tonnes par an de " mater bi ", une gamme de matériaux à base d'amidon. Et la société devrait porter sa production à 16 000 tonnes cette année. A quoi pourront bien être utilisés ces plastiques " verts " ? La société francilienne Yokozuna Technologies, productrice et distributrice de produits " bio ", fait notamment des sacs en plastique à partir du mater bi. " C'est une matière magnifique ! ", insiste même le responsable de l'entreprise, Philippe Lebacq. Transparence, solidité, tout y est pour en faire un concurrent aux polymères synthétiques. " Il est tellement soyeux que j'en ferais même des vêtements ", s'enthousiasme-t-il. Quant au PLA produit par CDP, il n'est pas moins intéressant. Bien sûr, il est d'origine naturelle et biocompostable. Mais ce n'est pas sur cet aspect écologique que le groupe insiste. " C'est un produit fascinant, d'une versatilité étonnante ", annonce Pat Gruber, qui met surtout l'accent sur les propriétés de son polymère. Avec la volonté d'en faire un nouveau matériau, concurrent des plastiques synthétiques d'origine fossile, comme le PET, le polystyrène, ou encore le polypropylène. Les ambitions affichées du groupe vont bien au-delà du simple sac en papier biodégradable. Les tests vont bon train, de l'emballage au textile, pour lui trouver des applications. Tetra Pak, Mitsubishi Plastic, Unitaka font partie des " bêta testeurs " du produit. Chez The Woolmark Company, le PLA est trituré pour en faire des fibres... " On étudie son mélange avec le coton ", expose John Mills, du département technique du groupe. Le PLA pourrait être un substitut intéressant au polyester, parce qu'on peut le travailler à une température plus basse. " A quand, donc, le 60 % coton-40 % PLA ? Le créateur de mode japonais Mizoke a franchi le pas, qui a consacré toute une collection au PLA. Quant au secteur de l'emballage, il s'est lui aussi emparé du matériau. Autobar Packaging France,spécialisé dans l'emballage alimentaire, n'a pas hésité à ajouter le PLA à sa gamme de produits. Première application : des pots de yaourt. " Nous avons appris son existence en septembre 1997 et, dès novembre 1998, nous livrions Danone par camions entiers ", fait valoir Jean-Noël Thomas, responsable " matière " du groupe. Un développement qui demande habituellement deux ans. " C'est un beau produit ", poursuit-il. Transparent comme le PET, ou presque, il s'extrude à la même température que le polystyrène. Résultat : il se travaille sur les mêmes machines, " avec seulement quelques ajustements mineurs inhérents à toute nouvelle matière ". Le PLA n'est pas non plus universel : son faible maintien à température élevée empêche, par exemple, d'en faire des gobelets à café. Et, pour l'été, mieux vaut le transporter en camions frigorifiques ! Malgré toutes ces qualités, l'expérience de Danone a néanmoins dû être arrêtée. Car les pots de yaourt coûtaient trop cher... Le kilo de PLA, en effet, tourne autour de 20 francs, contre 6 francs pour ses concurrents synthétiques. Un inconvénient partagé par le mater bi, qui peine, lui aussi, à être compétitif. " Des sacs en plastique en mater bi coûtent entre 50 et 60 centimes, contre 1 centime d'habitude ", indique Philippe Lebacq. Une différence que les distributeurs n'envisagent que pour jouer l'étiquette écologique. Rédhibitoire ? Peut-être pas. Car, " avec la production en masse, le coût du PLA ne devrait pas tarder à être réduit de moitié ", assure Jean-Noël Thomas. Quant au mater bi, son prix " est déjà descendu de 30 à 25 francs le kilo en trois ans, et cela devrait continuer ", insiste Christophe Doukhi, de Boissoudy, chargé de mission pour le groupe Novamont. Reste que la compétitivité n'est pas encore vraiment au rendez-vous. Mosanto, par exemple, a abandonné, après quelques années de production, le " biopol ", un plastique biodégradable développé par le britannique ICI vers la fin des années 80, qu'il avait acquis en 1995. La résine de BHA (biopol polyhydroxybutyrate) s'était pourtant frayé un chemin dans l'emballage, notamment alimentaire, et avait même équipé des cartes de crédit. Mais le couperet du géant américain est tombé : trop cher.

La biotechnologie, une voie moins coûteuse

Les chercheurs de Monsanto se sont alors penchés sur une voie de substitution, espérant réduire le coût de production du matériau. Le constituant de base du biopol (le PHB, polyhydroxybutyrate) était fabriqué par des bactéries qui, nourries de glucose notamment, l'accumulaient dans leurs cellules comme réserve énergétique. L'idée des savants " fous " du groupe de Saint Louis : faire travailler directement les plantes en introduisant dans leurs feuilles ou leurs graines les gènes nécessaires à la production du plastique. Aussitôt dit, aussitôt fait ! Plutôt laborieusement, vu la complexité du phénomène. Mais l'idée est séduisante. Les gènes responsables sont isolés, transférés dans cette brave Escherichia coli, bien connue pour sa productivité, puis réinjectés dans les plantes. Résultat : le chemin métabolique naturel est perturbé, poussant la plante à produire le polymère en question (voir ci-contre). Malheureusement, après quelques années de recherche, le groupe n'était encore parvenu qu'à un rendement de 2 % de matière sèche de la plante. Or il en faudrait 15 à 20 % pour que la filière ait des chances de devenir économiquement rentable. Ce qui n'empêche pas les académiciens de continuer de plancher sur le sujet... et des start-up de se pencher sur la question, nullement effrayées par le recul du géant américain. La petite société américaine Metabolix est, elle, confiante, qui déclare " annoncer, dans quelques mois, des résultats prometteurs ", selon l'un de ses vice-présidents, Simon Williams. La voie choisie ? Si le vice-président la dit " différente de celle de Monsanto ", nous n'en saurons pas davantage avant le dépôt des brevets.

Du 3GT par manipulation génétique

Féru de manipulation génétique, le groupe DuPont y a été aussi de son polymère naturel. La cible : le 3GT (polypropylène téréphtalate). Polymère bien connu, notamment pour ses propriétés élastiques et de mémoire de forme, mais laissé de côté à cause du coût important de la production du 3G (polyéthylène glycol) par voie chimique. Le groupe chimique s'est associé à Genencor, un joint-venture entre le groupe américain Eastman Chemical Co. et le finlandais Cultor Ltd., pour mettre au point une méthode naturelle de production de ce polymère à partir de sucres. L'idée : produire génétiquement une bactérie qui, en une seule opération, convertit le glucose en glycérol, et celui-ci en 3G, qu'elle excrète en combinant les gènes de deux bactéries effectuant chacune une seule de ces opérations. Ajoutons de l'acide téréphtalique à ce composé, et le tour est joué. " Nous allons lancer une unité pilote de production d'une capacité de 50 000 tonnes ", annonce Ian Hudson, directeur des opérations du programme 3GT. Ses applications principales : " Dans le textile, il est lavable comme le polyester et doux comme le Nylon ; il ferait des fibres épatantes ", commente-t-il. Côté prix, l'option biotechnologique donne un coût de production de l'ordre des deux tiers de la voie chimique. Le passage aux quantités industrielles devrait lui permettre d'être " moins cher que le Nylon ", espère Ian Hudson. Ce produit n'est pas biodégradable. Entre propriétés intéressantes, origine naturelle et biodégradabilité, il faudra donc choisir. Il n'en reste pas moins que, tranquillement, la palette de ces polymères s'étend.



Une voie réellement écologique ?

L'intérêt premier annoncé de ces technologies : produire du plastique grâce à des énergies renouvelables pour économiser l'énergie fossile. Or il semblerait que c'est parfois loin d'être le cas. Les cher- cheurs américains Tillman Gerngross (assistant professeur à Darmouth College) et Steven Slatter (chercheur chez Cereon Genomics, une filiale de Monsanto) se sont, en effet, penchés sur la question. " Récolter, sécher, extraire, purifier, séparer et préparer le PHA demande plus d'énergie fossile que les process pétrochimiques habituels de fabrication du plastique ", déclare Tillman Gerngross. Calculs faits, la production de 1 kilo de PHA par transformation de maïs demanderait 2,65 kilos de combustible fossile, par fermentation microbienne, 2,39 kilos, alors que produire 1 kilo de polyéthylène consomme 2,2 kilos de pétrole brut et de gaz naturel. Quant au PLA de CDP, il consomme 50 % de ressource fossile en plus que le PET, mais 40 % de moins que le Nylon. " Mais nos technologies sont jeunes. Avec le temps, elles devraient s'améliorer et consommer moins ", relativise Pat Gruber, le vice-président en charge de la technologie de Cargill Dow Polymers.

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