Une nouvelle technologie transforme les matières premières des forêts en cellulose à haute valeur ajoutée
Les additifs de performance sont des matériaux ajoutés aux plastiques en petites quantités afin d’améliorer leur efficacité et leur durabilité. Ces additifs sont essentiels à l’évolution des produits destinés aux utilisateurs finaux dans plusieurs industries. Toutefois, des alternatives plus respectueuses de l’environnement s’avèrent aujourd’hui nécessaires. La cellulose microfibrillée (MFC) est un nouvel additif de performance à base de cellulose de bois, l’une des matières premières les plus abondantes dans le monde. L’intérêt pour la MFC ne cesse de croître dans le secteur industriel, mais ses limites technologiques et en terme de production freinent considérablement son entrée sur le marché.
L’émergence de matériaux durables pour tous les types d’applications
Le projet EXILVA, financé par l’UE, a lancé la première MFC disponible dans le commerce. Ce nouveau type d’additif bio est extrait de l’épinette de Norvège que l’on trouve dans les forêts scandinaves. «Grâce à sa grande efficacité, sa solidité dans les environnements difficiles et ses caractéristiques multifonctionnelles, elle convient à une grande variété de produits et d’industries», explique le coordinateur Jarle Wikeby. «Pour les surfaces d’application, les possibilités sont infinies!» Le produit est une MFC insoluble constituée de fibres longues et fines qui forment un réseau en 3D. Des polymères individuels sont empilés pour former de petits éléments appelés fibrilles. Ces fibrilles sont elles-mêmes ensuite empilées pour constituer la structure de la fibre de cellulose présente dans la nature. Les fibres de cellulose ont la faculté d’interagir à la fois physiquement, grâce à leur surface extrêmement vaste, et chimiquement, grâce à leur liaison hydrogène. La MFC présente des capacités de rétention d’eau très élevées et conserve également ses caractéristiques de cristallinité après les processus de production. Après avoir mis au point leur MFC, les partenaires du projet sont parvenus à transférer la technologie de production d’une usine pilote à une fabrique située à Sarpsborg, en Norvège. Ce faisant, l’installation est devenue la première usine de MFC industrielle en service. En optimisant les processus, cette installation phare peut offrir une capacité annuelle de 10 000 tonnes de pâte à 10 % et 50 000 tonnes de suspension à 2 %, ce qui correspond à 1 000 tonnes sèches dans les deux cas.
Créer des opportunités intéressantes pour le développement de produits
L’accent portait sur des domaines d’application tels que les adhésifs, les revêtements, les soins personnels, les soins à domicile, les produits chimiques agricoles, les champs pétrolifères, la construction, les matériaux composites, l’automobile et l’emballage. Actuellement, l’équipe d’EXILVA travaille sur des preuves de concept du produit dans ces différents domaines et a déposé onze demandes de brevet. Les fonctionnalités de la MFC dans ces domaines sont souvent liées à la rhéologie (débit, pulvérisation, goutte à goutte, affaissement), à la stabilité, à la solidité et aux propriétés barrière; et sa grande efficacité pourrait contribuer à augmenter les performances des produits tout en améliorant leur durabilité. La MFC présente plusieurs qualités clés. Sa limite d’élasticité élevée assure une meilleure stabilité pour les systèmes à base d’eau ou les solvants polaires à faible taux de cisaillement. Sa fluidification extrême avec récupération très rapide de la viscosité offre des avantages pour une utilisation dans ces deux systèmes. Sa surface très étendue représente également un atout substantiel en matière de liaison. De plus, elle est plus écologique que les autres technologies existantes. L’empreinte CO2 de la fabrication de MFC est faible par rapport aux produits fossiles concurrents. Son processus de préparation repose sur un pré-traitement chimique environ 50 % moins intensif en carbone que les procédures actuelles. Le consortium annonce d’importantes ventes dans de nombreux segments du marché, mais la priorité est donnée aux adhésifs et aux produits chimiques agricoles. «Le produit suscite beaucoup d’intérêt», conclut Jarle Wikeby. «Des discussions fructueuses sont en cours avec d’importants fabricants de bioplastiques et de nouveaux essais pilotes sont prévus avec quatre grands producteurs de polymères plastiques.» EXILVA a bénéficié d’un financement dans le cadre de l’entreprise commune Bio-industries, un partenariat public-privé entre l’UE et l’industrie.
Mots‑clés
EXILVA, MFC, cellulose, additif, cellulose microfibrillée, additif de performance, fibrilles, fibre de cellulose
