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LES BIOPLASTIQUES PAS SI SIMPLE...

Sonia Pignet

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Malgré leur potentiel, ces matériaux restent très peu utilisés. Les projets de recherche sur les bioplastiques se multiplient pour abaisser leur prix, lever les verrous technologiques et trouver de nouveaux débouchés.

Ils ont tout pour séduire : ils sont biodégradables, et n'utilisent pas ou peu de pétrole. Pourtant, maintes fois annoncés, les bioplastiques n'ont pourtant pas encore réussi à décoller vraiment. Certes, quelques sacs de caisse fabriqués à partir d'amidon de pommes de terre ont fait leur apparition, des carottes sont vendues dans des barquettes en PLA (polyacide lactique), des chimistes proposent quelques bioplastiques (par exemple le Rilsan d'Arkema, fabriqué à partir d'huile de ricin). Mais ce n'est pas l'invasion, loin s'en faut. Avec une production de 10 000 tonnes en 2006, les bioplastiques ne représentent même pas 1 % du marché français des plastiques.

Cependant, depuis quelque temps, Nina Quelenis, la responsable Intelligence économique à l'IAR (le pôle de compétitivité Industries et agroressources) observe : « il y a de plus en plus de projets de recherches sur ce thème ». Plusieurs explications sont avancées. Économiquement, avec un baril de pétrole à plus de 100 dollars, ces matériaux pourraient bien devenir compétitifs. « Il y a quelque temps, le prix était un frein au développement des bioplastiques. Aujourd'hui, ce verrou économique a perdu de l'importance et l'écart est devenu acceptable. D'autant plus que l'attente de produits écologiques augmente », analyse Patrick Vuillermoz, délégué général du pôle Plastipolis. En termes d'image, « la pression environnementale », comme la nomme Laurence Dufrancatel, responsable développement biomatériaux chez l'équipementier automobile Faurecia, incite les industriels à communiquer sur leurs produits verts, donc à les développer. Les bioplastiques font ainsi l'objet d'un regain d'intérêt.

Des volumes de production peu élévés

Qu'appelle-t-on bioplastiques ? Ce terme regroupe deux catégories de matériaux. D'une part les plastiques réalisés à partir d'agroressources végétales ou animales, d'autre part ceux qui présentent la particularité d'être biodégradables, qu'ils soient ou non issus de ressources renouvelables. Pour obtenir le titre de plastique biodégradable, ils doivent répondre à la norme EN 13432, qui stipule que le seuil minimum de biodégradabilité exigé pour un matériau doit atteindre 90 % dans un délai maximum de 6 mois.

Deux familles de biopolymères tiennent le haut du pavé : ceux à base d'amidon, et ceux en PLA. Les premiers sont obtenus directement à partir de polymères (l'amidon étant un mélange d'amylose et d'amylopectine). Le PLA est produit par polymérisation de l'acide lactique, celui-ci provenant de la fermentation de matières première sucrées. Malgré des volumes de production plus élevés que pour les autres bioplastiques, ces deux familles-là restent tout de même, à propriétés égales, au moins 1,5 fois plus chères que les plastiques traditionnels. Et il est difficile d'augmenter la production, car les débouchés sont limités. Peu résistants à la chaleur, trop perméables à l'eau pour les PLA ou trop opaques pour les autres, les applications sont restreintes. « Pour débloquer ce marché, il faudrait trouver un biopolymère qui remplacera un plastique traditionnel », explique Arnaud Gabenisch, Monsieur biomatériaux à la société de conseil Alcimed, qui a réalisé une étude sur ce sujet pour l'Ademe cette année. « Mais il ne faut pas oublier que la pétrochimie a mis 50 ans à se développer. Il est normal qu'il en soit de même pour les bioplastiques », estime-t-il.

Pour accélérer leur développement, les acteurs du secteur attendent aussi un coup de pouce de l'état sous forme de réglementation fiscale. Il faut dire que la France est plutôt en retard sur ses voisins européens. L'Italie applique une TVA réduite pour les plastiques biodégradables, l'Allemagne exonère les emballages compostables de la cotisation "point vert" et la Belgique a sa taxe "pique-nique" puisqu'elle facture les sacs et vaisselles jetables en plastique mais exonère les sacs biodégradables. Pour Jean-Luc Pelletier, délégué général de l'Usipa (Union des syndicats des industries des produits amylacés), « il faut définir une politique globale en France. Les bioplastiques sont une industrie émergente, avec beaucoup de frais de recherche ; il faut mettre en place un terrain réglementaire pour aider la filière et rendre ces matériaux plus visibles ». En tenant compte d'une politique volontariste dans ses prévisions, Alcimed estime que le taux de pénétration des bioplastiques sur le marché français pourrait atteindre 11,8 % d'ici 2015 (contre 0,15 % aujourd'hui).

En attendant une éventuelle aide réglementaire, les industriels s'activent pour développer des matériaux plus performants et moins chers. Plusieurs aspects, en effet, ont besoin d'être améliorés. Premier point : trouver des solutions industrialisables, qui allient qualité et bonne cadence. Il faut donc mettre au point des formulations adaptées à chaque application. C'est par exemple l'objet des programmes de recherche Matoria et Biomat, tous deux menés par des industriels de l'automobile. Le premier, porté par PSA, a démarré cette année. « Nous voulons utiliser des matériaux biosourcés, dans l'idéal à 100 % », indique Charlyse Pouteau, chef de projet R & D au pôle européen de plasturgie, partenaire du projet. Le projet réunit des chimistes, des transformateurs, des équipementiers, tous réunis pour trouver des nouveaux plastiques injectables. Ils étudieront aussi des alliages à base de ces bioplastiques avec des renforcements par nanocharges et fibres naturelles.

Le second, lancé l'an passé par Faurecia, dispose d'un budget de 3 à 4 millions d'euros. Là aussi, « l'objectif, c'est du 100 %, ou quasi, issu de la biomasse », affirme Laurence Dufrancatel. Labellisé par le pôle IAR, il vise à mettre au point des pièces structurelles non visibles recouvertes, afin de s'affranchir des problèmes d'aspect, puis, à terme, peut-être des pièces visibles. « Nous espérons produire rapidement 10 000 tonnes annuelles, avec l'ambition de doubler ce chiffre d'ici 2020 », indique la responsable développement des biomatériaux chez Faurecia. Les matériaux élaborés, des thermoplastiques de la famille des polyesters, devront répondre à quatre critères : être compétitifs par rapport au pétrole, présenter un avantage environnemental, être adaptés au parc machines existant, et, bien sûr, remplir la totalité du cahier des charges. Cela implique des propriétés de rigidité, de durabilité, de résistance aux chocs et thermique, sans dégager trop d'odeurs.

Les bioplastiques pour l'emballage alimentaire

Toujours au sein du pôle Plastipolis, un second projet concerne la formulation des bioplastiques, cette fois à destination du secteur de l'emballage. C'est Emabio, qui se concentre sur la plastification de l'amidon grâce à des adjuvants. Le but est d'obtenir des bioplastiques injectables et thermoformables sur des machines d'extrusion classiques. « Ce projet répond à un besoin régional de diversification des applications pour les céréaliers », explique Charlyse Pouteau. Ces nouveaux matériaux seront fabriqués à partir de maïs (et non d'amidon spécifique), notamment avec des maïs à qui est refusé l'usage alimentaire, parce que présentant trop de microtoxines, par exemple.

Autre point sur lequel se focalisent les recherches, l'augmentation de la part de plastiques issus de ressources renouvelables dans les produits. Pour Jean-Michel Gosselin, directeur R&D chez Sphère, leader européen de l'emballage des produits alimentaires et des déchets, « cela permettrait de faire baisser le prix des sacs biodégradables ». Les sacs poubelles commercialisés par Sphère sont jusqu'à présent réalisés en fécule de pomme de terre et en polymère biodégradable d'origine fossile, dans des proportions d'environ 40/60. Mais, « les nouveaux produits biodégradables issus de la pétrochimie sont encore très chers », explique Jean-Michel Gosselin. Pour atteindre les 100 % d'origine renouvelable, Sphère poursuit donc ses recherches sur la formulation, notamment en jouant sur les additifs, biosourcés évidemment.

Les interactions des emballages avec les produits alimentaires font aussi l'objet de recherches, avec notamment les projets Emac et Difex-Bio. Avec des budgets respectivement de 5,5 millions d'euros et 2,6 millions d'euros, ces programmes de recherches visent à créer des bioplastiques adaptées à un usage alimentaire. Emac, porté par Lactalis, s'intéresse aux emballages à base de composés agrosourcés comme le chanvre, pour conserver les propriétés organoleptiques des produits frais. Difex-bio, qui regroupe neuf partenaires dont cinq industriels, espère mettre au point des emballages 100 % bio, qui répondraient aux normes sanitaires : sans odeur, transparents, avec des propriétés de perméabilité, de porosité et d'étanchéité adéquates. Les bioplastiques pèchent en effet souvent par leurs propriétés barrière. Ainsi, le Biolice de Limagrain (qui participe à Difex-bio) est constitué à 50 % de polyester d'origine fossile et 50 % de farine de maïs directement extrudée. Destiné au paillage agricole, il présente de bonnes propriétés barrières à l'oxygène mais pas à l'eau.

Du côté du PLA, le bioplastique phare actuellement, les investissements se multiplient également. Galactic, un producteur belge d'acide lactique, et Total Petrochemicals ont signé, il y a un an, un accord pour la création de Futerro, une société de production de PLA. Elle a pour projet de mettre au point une nouvelle technologie de fabrication du PLA, dit de seconde génération. « Le PLA de première génération, celui qui est actuellement sur le marché, présente en effet une faible résistance thermique et aux chocs, et une forte perméabilité à la vapeur d'eau », explique Philipe Coszach, le directeur R&D de Galactic. Les deux sociétés porteuses du projet ont déjà réalisé un pilote de laboratoire, et devraient passer prochainement à un pilote de démonstration capable de produire 1 500 tonnes par an de PLA. « L'acide lactique utilisé est quasiment exclusivement l'énantiomère L, car c'est la forme biocompatible. Nous avons développé de nouveaux PLA qui offrent la possibilité de faire des copolymères en jouant sur les énantiomères L et D de l'acide lactique », confie Philippe Coszach. Avec leur procédé, en cours de brevetage, le PLA pourra, de plus, être recyclé en acide lactique.

La fin de vie des bioplastiques, et de façon plus générale, leur cycle de vie, est évidemment une donnée essentielle pour des produits qui se qualifient de bio. Or, pour l'instant, il est trop tôt pour prévoir le recyclage de ces matériaux. De plus, ils contiennent encore trop souvent des additifs non issus de ressources renouvelables et font l'objet de controverses. Par exemple la compétition avec l'alimentaire (même si les plantes utilisées sont généralement dédiées à cet usage, leur culture occupe de l'espace). Ou la consommation énergétique pour les produire, à l'instar du polyéthylène brésilien de la société Braschem réalisé à partir de canne à sucre. Mais pour Philippe Coszach, ces matériaux, même non complètement agrosourcés, ou encore imparfaits, sont indispensables pour développer la filière. « C'est comme pour les biocarburants, dit-il. On a ajouté progressivement du bioéthanol dans l'essence. Là, on évolue vers un mieux. »

Trouver de nouvelles applications

À l'image de la filière pétrole, des projets de bioraffineries émergent un peu partout. En les développant, elles permettraient d'élargir l'offre de bioproduits, comme les monomères ou additifs d'origine non fossile. Car pour Jean-Jacques Couchaud, de Plastics Europe, « on ne dispose pas d'une panoplie de monomères suffisante pour développer les bioplastiques ». Pour proposer ces molécules aux fabricants de plastiques, l'Union des industries chimiques (UIC) s'est engagée avec le pôle IAR, à l'occasion du Grenelle de l'environnement, à faire passer de 7 % à 15 % d'ici à dix ans leurs approvisionnements en matière renouvelable. Si cet engagement est tenu, le marché des bioplastiques pourrait enfin trouver de nouvelles applications et augmenter ses volumes.

0,15%

C'est le taux de pénétration des bioplastiques sur le marché français des plastiques traditionnels. D'ici à 2015, suivant les études, ce taux pourrait passer à6,3% ou11% s'il y a une politique volontariste mise en place.

ILS SONT INTÉRESSANTS...

- Pour économiser les ressources fossiles et ne plus être tributaire du cours du baril. - Pour répondre à la pression environnementale (marketing). - Pour offrir de nouvelles propriétés telles que la biodégradabilité ou des textures intéressantes.

MAIS

Suivant les types, ils présentent un ou plusieurs problèmes : - Des limitations techniques telles que des propriétés barrières et mécaniques trop faibles. - Un coût élevé et une production lente. - Un catalogue de matières de base peu fourni.

LA RECHERCHE S'ACTIVE

Au sein des pôles de compétitivité, plusieurs programmes de recherches sont en cours. Citons, sans exhaustivité :

- Matoria, projet piloté par PSA au sein des pôles Plastipolis, Moveo et Axelera. Son objectif est de développer de nouveaux matériaux plastique injectables issus de ressources renouvelables répondant aux exigences techniques automobiles. - Emabio, de Plastipolis, vise à mettre au point un nouveau type d'emballage biodégradable adapté à l'alimentaire.- Biomat, conduit par Faurecia au pôle IAR (Industries et agroressources) afin de substituer des matières issues de ressources fossiles par des matières issues de ressources renouvelables pour certaines applications automobiles. - Emac, porté par Lactalis et les pôles IAR, Plastipolis et Vitagora. Il s'intéresse aux emballages actifs biodégradables pour la conservation des propriétés organoleptiques des produits frais.

DES PLASTIQUES VENUS DE LA MER

Placées en situation de stress (carence nutritionnelle ou énergétique), certaines bactéries terrestres ou marines produisent des polyhydroxyalcanoates ou PHA. "Ces granules sont constitués de polyesters proches des plastiques pétrochimiques, mais totalement biodégradables" indique Jean Guezennec, de l'Ifremer. Les bactéries sélectionnées par l'Ifremer produisent des PHA différents de ceux produits par les bactéries terrestres, avec un rendement supérieur qui peut atteindre 80 à 90% de la biomasse. à partir de bactéries marines Selon le substrat fourni, la même bactérie produira un PHA plus ou moins rigide, plus ou moins thermoformable... Hydrosolubles, les PHA sont récupérés par simple filtration-précipitation après cassage de la biomasse. La formation de bioplastiques à partir de bactéries marines peut constituer une voie économiquement intéressante à condition d'utiliser des substrats peu onéreux : mélasse, huile de plame, résidus chimiques comme le glycérol... Les études de valorisation en cours concernent le packaging, mais aussi la cosmétique et la vectorisation de médicaments, etc. Les premiers développements industriels sont attendus dans cinq ans.

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