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Les composites bois-polymères franchissent l'Atlantique

Michel Le Toullec

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Ces matériaux à base de thermoplastiques chargés de 10 à 90 % de bois ont d'abord été utilisés en Amérique du Nord dans le bâtiment. Les progrès réalisés, tant au niveau des matériaux que des procédés, leur ouvrent désormais d'autres horizons.

Après avoir séduit le marché nord-américain, les composites bois-polymères vont-ils maintenant se faire une place en Europe ? De ce côté de l'Atlantique, un fort intérêt se développe pour cette solution matériaux qui, il est vrai, a beaucoup progressé techniquement ces derniers temps. Pour preuve, de grands utilisateurs l'étudient avec attention : Ikea vient de lancer ses premiers meubles en composites bois-polymères, Lapeyre développe des profilés de portes et de fenêtres et Moulinex a même réalisé des essais d'injection pour produire des coques de robots ménagers. Enfin, la société bretonne Silvadec vient d'être distinguée à Batimat 2003 par une médaille d'or de l'innovation pour ses profilés de sols extérieurs en composites bois-polymères.

Déjà 600 millions de dollars aux États-Unis

Ces composites sont constitués d'une matrice thermoplastique (polyéthylène polypropylène, polystyrène, PVC...) chargée de poudre de bois. Ces différentes formulations peuvent se mettre en oeuvre par extrusion, injection, thermoformage ou calandrage et offrent l'avantage d'être recyclables. Le taux de charge peut-être compris entre 10 et 90 %, mais la plupart des produits commercialisés contiennent plus de 50 % de bois. Les charges sous forme de farine de bois sont constituées de fibres longues qui peuvent jouer le rôle de renfort.

Ces produits ont donc surtout débouché en Amérique du Nord : un marché évalué à 600 millions de dollars par an (soit une consommation annuelle de 400 000 tonnes) et qui connaît une croissance à deux chiffres. Le marché européen est vingt fois inférieur. Pourquoi un tel décalage ? « Les Nord-Américains sont friands du decking, (caillebotis, terrasses de jardin et bords de piscine) et de façades en bois (bardage), explique Christian Gondard, responsable des relations industrielles et scientifiques à l'Institut supérieur de plasturgie d'Alençon. Les Européens préfèrent toujours la pierre. Par ailleurs, les normes américaines sont relativement peu contraignantes, surtout quant à la pérennité de tels produits. Aux USA, la durée de vie de ces éléments est d'environ deux ans, alors que les normes françaises exigent une garantie décennale. »

Cela étant, les raisons du retard européen sont en train de tomber une à une du fait de l'amélioration des propriétés des composites bois-polymères. « Nos profils pour sols extérieurs en Forexia (pour terrasses, entourages de piscines, passerelles) ont été testés par le Centre technique du bois et de l'ameublement (CTBA ) et nous garantissons leur résistance aux micro-organismes pendant 25 ans », explique Bénédicte Jézéquel, chez Silvadec (Arzal, Morbihan). Cette société, opérationnelle depuis moins d'un an, est actuellement la seule entreprise de transformation de composites bois-polymères en France. « En outre, ces profils sont des produits d'aménagement extérieurs : ils ne sont donc pas soumis à la garantie décennale du bâtiment. »

Dans l'aménagement intérieur du bâtiment, des développements sont surtout attendus dans l'ameublement. « Les composites bois-polymères se positionnent en concurrent du MDF (laminé bois thermodurcissable) non recyclable et qui pose notamment des problèmes de toxicité », reprend Christian Gondard. Les MDF sont par ailleurs limités par les formes qui leur sont accessibles alors que les composites bois-polymères se prêtent aux nombreuses géométries qu'autorisent l'extrusion et l'injection.

Si le bâtiment demeure le principal débouché de ces composites (ce secteur représente environ 70 % du marché en Amérique du Nord), les autres pistes ne manquent pas. Depuis les palettes de manutention pour l'industrie jusqu'aux profilés divers pour l'infrastructure en passant par les panneaux de signalisation et les équipements de jardin. Dans le domaine des transports, ces matériaux se prêtent aussi à la fabrication de pièces d'aménagement intérieur d'automobiles.

Élasticité, légèreté, résistance...

En Europe, l'un des spécialistes des pièces automobiles en composites bois-polymères est Gor Applicazioni Speciali, filiale de Solvay. Les produits extrudés de sa gamme Wood-Stock sont destinés à une mise en oeuvre par thermoformage. Les applications les plus récentes : le panneau intérieur de portière de la Peugeot 206 et de l'Alfa 147, et la plage arrière de la Toyota Yaris. « Outre leur recyclabilité, les composites Wood-Stock combinent plusieurs propriétés intéressantes, estime Fabrizio Carello, responsable de ce produit : un module d'élasticité de 1500 à 5 000 MPa, une densité de 0,96 à 1,14 (plus faible que celle des plastiques chargés ou renforcés courants), une dureté de 65 à 85 Shore D et une résistance au choc Charpy de 3 à 20 kJ/m2. »

La chimie optimise leurs propriétés

Pour ces développements, la société italienne bénéficie à l'évidence des connaissances de Solvay dans le domaine des polymères. Les groupes chimiques sont en effet les mieux placés pour tirer vers le haut les caractéristiques des composites bois-polymères. Courant 2003, la société BP-Solvay Polyéthylène a annoncé le démarrage de la commercialisation du polyéthylène chargé de bois adapté à l'extrusion et à l'injection. Chez Exxon Mobil Chemical, des travaux sont menés sur l'optimisation des propriétés de ces composites grâce à l'utilisation d'agents de couplage.

« Ces agents jouent un rôle essentiel dans l'amélioration de la contrainte en traction, de la résistance aux chocs, de la température de service, de la tenue à l'humidité et du fini de surface du produit, assure Jean-Roch Schauder du département développement technologique du chimiste. Les agents de couplage permettent aussi de transformer des composites fortement chargés en bois ». Atofina travaille aussi sur ce thème en partenariat avec des chercheurs de l'université de Toronto (Canada). Leurs recherches portent sur la modification de l'interface bois/polypropylène grâce à l'agent de couplage Orevac CA-100 en vue d'améliorer la rigidité du produit fini.

On le voit, tout est affaire de formulation. Les compoundeurs, c'est-à-dire les producteurs des compositions (ou compounds) représentent alors un autre maillon de cette filière. Ce sont eux qui réalisent les mélanges à base de bois et de polymère et y incorporent les additifs qui rendent le produit final imputrescible, résistant au feu... En Europe, l'autrichien Fasalex fait figure de pionnier avec sa gamme Lex dont le prix varie entre 0,45 et 1 euro par kilo. Ces compounds intègrent en moyenne 20 % d'un biopolymère thermoplastique (généralement à base de maïs) qui joue le rôle de liant et favorise la biodégradabilité du produit en fin de vie. En terme de résistance au feu, certains de ces produits sont classés B2 ou B1. En France, SPPS (Argenteuil, Val-d'Oise) propose des compounds à base de polyoléfines, de polystyrène ou même d'ABS et de différentes charges de bois. Ils conviennent à l'extrusion, l'injection, la compression, le thermoformage, le calandrage et au rotomoulage.

De nouvelles machines pour la transformation

Enfin, les constructeurs de machines ont eux-mêmes développé des solutions adaptées à la transformation des composites bois-polymères. Battenfeld, fabricant de presses à injecter a, par exemple, conçu une ligne de machines spécifiques pour le procédé d'injection IMWood. « Il s'agit de presses à injecter équipées d'une unité de plastification spécifique afin de prévenir les dégradations thermiques du mélange, explique Edmund Kirsch, responsable de ce développement chez Battenfeld. Ce paramètre est surtout majeur dans le cas de l'injection de composites fortement chargés en bois. »

Côté extrusion, les constructeurs ont notamment dû adapter la conception de leur vis et de leurs filières. Le constructeur américain Entek résume les atouts de deux techniques concurrentes. « Une extrudeuse bivis contra-rotatives est moins coûteuse mais assurera un débit moindre qu'une extrudeuse bivis corotatives qui, en outre, permet un meilleur contrôle de la température », explique Stephen Jones chez Entek. De son côté, Cincinnati Extrusion (Autriche) a totalement repensé la géométrie de la vis, la conception du cylindre, le dégazage et l'alimentation et propose la série d'extrudeuses Fiberex. Ces machines sont surtout prévues pour les composites à forte charge (60 à 80 %) de bois.

Des atouts indéniables

Leur expérience Les composites bois-polymères sont déjà utilisés depuis des années en Amérique du Nord, essentiellement dans le bâtiment. En 2002, environ 400 000 tonnes de bois-polymères y ont été consommées. Leur prix 20 à 30 % plus chers que les polyoléfines courantes, ils sont un peu moins chers que les panneaux MDF qu'ils concurrencent plus directement. Leurs caractéristiques techniques Combinaison de la rigidité du bois et de la tenue à l'eau du polymère. Isotropie de la charge végétale. Faible densité par rapport aux composites polymère-fibre de verre (ou talc). Grande tenue aux chocs et bonne stabilité dimensionnelle. Leur mise en oeuvre Les trois quarts des applications sont produites par extrusion et le quart par injection. Des applications par thermoformage se développent. Leur recyclage Non seulement les composites bois-polymères peuvent contenir des déchets de l'industrie du bois, mais ils sont eux-mêmes totalement recyclables, contrairement aux panneaux MDF.

DES PROCÉDÉS ADAPTÉS

1. L'extrusion Fiberex chez Cincinnati Les extrudeuses Fiberex de Cincinnati ont été conçues pour l'extrusion de composites fortement chargés de bois (de 60 jusqu'à 80 % environ). Il s'agit de machines bivis contra-rotatives coniques dont le principe a notamment été repensé au niveau de la géométrie de la vis et de la conception du cylindre. Ces machines peuvent produire des profils divers comme les lames de terrasses, des plinthes ou encore des panneaux composites concurrents des produits MDF utilisés dans l'ameublement.

2. L'injection IMWood chez Battenfeld Encore relativement peu pratiquée, l'injection des composites bois-polymères permet pourtant de produire des pièces de formes complexes. Pour accompagner ce marché émergent, Battenfeld propose le système d'injection IMWood. Le constructeur a ainsi adapté ses presses série HM en les équipant d'une unité de plastification spécifique afin de prévenir les dégradations thermiques du matériau, surtout lors de l'injection de composites à forte teneur en bois.

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