Des pièces automobiles légères d’origine végétale pourraient soutenir une industrie automobile très verte Les lois de la physique nous disent qu’il faut fournir plus d’efforts pour accélérer un objet lourd qu’un objet léger et, ce qui se traduit dans le domaine des voitures par une consommation de carburant et des émissions plus importantes. Une nouvelle technologie de traitement permet de transformer la lignine en fibres de carbone afin de renforcer les composites légers du futur. Transports et Mobilité Technologies industrielles © petrmalinak, Shutterstock L’industrie automobile a fait d’importants progrès pour réduire le poids des véhicules en remplaçant l’acier lourd par des plastiques et des composites. Les plastiques classiques sont relativement omniprésents, mais les plastiques renforcés de fibres de carbone – des matériaux plus résistants qui peuvent même être utilisés pour les composants structurels – restent encore assez onéreux et sont surtout utilisés dans les voitures de sport haut de gamme et les voitures de course. Le projet GreenLight, financé par l’UE, a mis au point une méthode de traitement pour fabriquer des fibres de carbone à partir de la lignine, un sous-produit bon marché de l’industrie papetière. Les avantages sont nombreux pour l’industrie papetière, le secteur automobile et l’environnement. Marginaliser les combustibles fossiles de plusieurs façons Le marché des fibres de carbone devrait passer d’environ 5 milliards de dollars en 2019 à plus de 13 milliards en 2029, le secteur automobile étant l’industrie consommatrice finale avec la plus forte croissance en termes de valeur. Environ 90 % des fibres de carbone sont actuellement produites à partir du polyacrylonitrile (PAN, un précurseur synthétique). Le PAN est dérivé de combustibles fossiles et son utilisation s’avère difficile et coûteuse pour produire des fibres de carbone. Une alternative écologique permettrait de réduire notre dépendance vis-à-vis des combustibles fossiles. De plus, comme l’explique Ewellyn Capanema, coordinatrice du projet, «des fibres de carbone biosourcées rentables permettraient de remplacer encore davantage l’acier par des composites à base de fibres de carbone dans les voitures. Cela réduirait le poids et la consommation de carburant du parc automobile, ce qui diminuerait considérablement les émissions.» La lignine kraft est un biopolymère riche en carbone produit au cours du procédé kraft de transformation du bois en pâte à papier. Elle peut être isolée de la «liqueur noire» (un sous-produit de la récupération des fibres de cellulose) des usines de pâte à papier, sous forme solide. Contrairement au PAN, la lignine peut être traitée en ayant recours au filage par fusion ou à l’extrusion de matière fondue, ce qui s’avère plus simple et moins cher que le traitement du PAN par filage en solution, qui nécessite également l’utilisation, l’élimination et la récupération de solvants organiques. Il n’existait toutefois pas de méthodes de filage par fusion à grande échelle pour transformer la lignine en fibre de carbone. Laisser tourner le rouet L’équipe a déposé un brevet pour son nouveau procédé de filage de la lignine, qui permet de faire du filage et du bobinage de manière continue avec changement automatique des bobines. «GreenLight a maintenant fait la démonstration du filage multifilament continu (environ 1 000 filaments) de la lignine de bois tendre produite grâce au procédé kraft. Les fibres obtenues possèdent les propriétés de traction les plus élevées observées à ce jour pour des fibres de carbone à base de lignine pure filées par fusion, et le processus de conversion est plus rapide que ce qui a été décrit jusqu’à présent. Étant donné leurs propriétés mécaniques et de surface, les fibres de carbone à base de lignine pourraient être utilisées pour fabriquer des composites à fibres courtes avec des coûts de production plus faibles et de vastes applications», explique Ewellyn Capanema. Des pièces automobiles à base de plantes pourraient bientôt voir le jour La lignine kraft représente environ 85 % de la production mondiale de lignine et la technologie de GreenLight permet de la transformer en fibres de carbone à base de lignine, de façon rapide et à moindre coût. Sachant que le marché des fibres de carbone devrait quasiment tripler au cours de la prochaine décennie, les industries forestières et papetières pourraient ainsi disposer d’un nouveau marché majeur pour la lignine. Les résultats favorables des analyses technico-économiques et des évaluations du cycle de vie de GreenLight confirment les avantages financiers et environnementaux de la fibre de carbone à base de lignine. Alors que le consortium GreenLight se dirige vers la phase de commercialisation, les composites à base de fibres de carbone d’origine végétale pourraient se retrouver dans les voitures légères de demain, à faible empreinte carbone. Mots‑clés GreenLight, carbone, lignine, fibre de carbone, filage, pâte à papier, kraft, léger, voiture, composite, PAN, combustible fossile, automobile, carburant, émissions, plastique, acier, bobine, bois tendre, filament, polyacrylonitrile
