Comment la conception modulaire favorise le passage aux composites biosourcés
Les bioplastiques se sont imposés comme de sérieux concurrents pour remplacer les matériaux à base de pétrole dans un large éventail de secteurs. Mais le remplacement de l’un par l’autre n’est pas simple: leurs propriétés physiques et thermochimiques diffèrent, et une substitution directe peut s’avérer insuffisante dans le monde réel. C’est pourquoi le projet BIO-UPTAKE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, poursuit une voie différente, fondée sur la modularité et la combinaison stratégique de composants biosourcés. Les 14 partenaires(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) du projet entendaient augmenter de 39 % l’utilisation des composites biosourcés. Après trois années de recherche et d’essais industriels, le projet a mis au point des procédés de fabrication adaptables et des produits de démonstration pour des applications dans les domaines de la construction, de la médecine et de l’emballage. Leyre Hernández, coordinatrice du projet, explique l’idée de base: «BIO-UPTAKE introduit un concept modulaire dans lequel les composites biosourcés sont transformés en formats intermédiaires (feuilles organiques, rubans et granulés) qui peuvent être combinés de multiples façons. Grâce à cette approche, il est possible de préfabriquer des composants légers et performants en réduisant les déchets de matériaux et les cycles de production.» En appliquant cette modularité, les fabricants peuvent également adapter les propriétés à des besoins spécifiques tout en conservant la flexibilité de la conception.
Des circuits de fabrication flexibles
La combinaison de différents formats intermédiaires de BIO-UPTAKE a permis d’améliorer les propriétés mécaniques, la durabilité et l’aptitude au traitement. «L’union de deux matériaux peut amplifier leurs forces respectives. Par exemple, les feuilles organiques ajoutent de la rigidité, les rubans renforcent les zones critiques, et les granulés soutiennent les formes complexes et les pièces de grande taille», explique Leyre Hernández. Ces formats sont à la base de trois méthodes de fabrication développées dans le cadre du projet. Le premier est le procédé des composites thermodurcissables, qui recourt à des résines réversibles et à la mise sous vide (élimination de l’air pour une meilleure consolidation) pour produire des panneaux solides et légers. «Ces panneaux sont fabriqués à l’aide de préimprégnés contenant des fibres de lin, qui renforcent la durabilité et offrent d’excellentes propriétés mécaniques», explique-t-elle. Le second est un procédé thermoplastique hautement personnalisé qui utilise des rubans et des granulés auto-renforcés. Il contribue à produire des formes et des propriétés sur mesure pour de petits lots, ce qui est idéal pour les applications médicales. Enfin, le procédé de thermoplastique grand volume «one-shot» combine le préformage et le moulage par injection en une seule opération. Cela permet d’accélérer la production de grandes pièces telles que les couvercles de conteneurs, tout en réduisant la consommation d’énergie et le poids du produit. Il incorpore également des adhésifs réversibles pour améliorer la recyclabilité et le potentiel de désassemblage. «Les trois processus intègrent la surveillance en temps réel et la simulation numérique pour garantir la qualité et l’efficacité», souligne la coordinatrice du projet.
Des produits pilotes ayant un potentiel réel
Pour valider les méthodes de fabrication, BIO-UPTAKE a conçu trois produits pilotes différents. Dans le secteur de la construction, il a mis au point des panneaux de plafond de salle de bain légers et rigides qui simplifient l’installation et le recyclage en fin de vie. Dans le domaine médical, il a amélioré l’ergonomie, le confort et la durabilité des semelles plantaires fabriquées selon le procédé des thermoplastiques personnalisés. Dans l’industrie de l’emballage, il a fabriqué des couvercles de conteneurs légers et recyclables qui réduisent la dépendance à l’égard des plastiques d’origine fossile. «Les démonstrateurs ont prouvé que les composites biosourcés peuvent répondre aux exigences techniques et environnementales dans différents secteurs», déclare Leyre Hernández. Dès le début du projet, la durabilité a été intégrée par le biais de l’analyse du cycle de vie et des principes d’écoconception. Les matériaux ont été choisis à partir de sources renouvelables ou recyclées, avec des méthodes de production à faible émission de carbone. Tous les formats intermédiaires ont atteint plus de 75 % de contenu biosourcé, et la confirmation de réductions de gaz à effet de serre allant jusqu’à 33 % est en cours. «BIO-UPTAKE a réalisé trois projets pilotes industriels, formé des opérateurs aux nouveaux processus, mené des activités de communication, et organisé des ateliers de normalisation, créant ainsi une voie claire pour l’adoption et la mise à l’échelle des composites biosourcés», conclut Leyre Hernández.
