Des thermoplastiques circulaires et biosourcés viables pour l’industrie
Le secteur manufacturier européen est soumis à une pression croissante pour réduire sa dépendance aux matériaux d’origine fossile tout en maintenant performance, rentabilité et capacité de mise à l’échelle. Le projet VITAL(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a relevé ce défi en proposant des solutions de fabrication pratiques qui permettent de remplacer les plastiques conventionnels par des alternatives biosourcées dans des environnements industriels existants. «Le passage des matériaux d’origine fossile à des matériaux biosourcés et recyclables n’est plus une option, c’est une nécessité stratégique», déclare Lisa Wikström, coordinatrice du projet VITAL. Le développement de nouveaux procédés de moussage pour les polymères biosourcés tels que l’acide polylactique (PLA), le polyuréthane thermoplastique biosourcé (TPU) et un polyamide biosourcé, est au cœur de VITAL. Le moussage introduit des bulles de gaz dans un polymère au cours de sa transformation, ce qui permet de réduire l’utilisation et le poids des matériaux tout en préservant les performances structurelles.
Trois chaînes de valeur pour des bioplastiques circulaires
Les partenaires du projet ont validé les procédés dans trois chaînes de valeur complémentaires. La première portait sur l’impression 3D de mousse. L’équipe a développé une nouvelle tête d’impression capable de traiter directement des granulés de polymères, éliminant la production de filaments et utilisant l’azote gazeux comme agent moussant. Cela permet d’ajuster la densité des pièces couche par couche et de réduire le poids de près de 66 %. Cette technologie a été démontrée au moyen d’une cloison de séparation imprimé en 3D pour navires de croisière, réalisée en PLA recyclable. La deuxième chaîne de valeur concerne le moussage de billes à faible consommation d’énergie. Le moussage conventionnel des billes repose sur l’utilisation de la vapeur, une solution énergivore et inadaptée à de nombreux plastiques biosourcés. VITAL a remplacé la vapeur par un chauffage par radiofréquence, réduisant la consommation d’énergie jusqu’à 90 %. Le procédé a permis de produire des mousses de TPU recyclables avec jusqu’à 60 % de contenu biosourcé. Il a également été testé avec succès sur le PLA, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour les applications d’amortissement et de résistance aux chocs dans les secteurs de l’automobile, de l’emballage et des biens de consommation. Pour la troisième chaîne de valeur, VITAL s’est concentré sur le moulage par injection de mousse (FIM), un processus de fabrication à grand volume qui est particulièrement adapté aux thermoplastiques mécaniquement recyclables. «Nous avons mené plusieurs développements pionniers afin de comprendre comment ce procédé peut être appliqué aux thermoplastiques biosourcés, comment ces matériaux peuvent être recyclés efficacement et comment l’utilisation de jumeaux numériques ainsi que du contrôle de procédé par apprentissage automatique peut améliorer ces performances», explique Lisa Wikström. VITAL a développé de nouvelles qualités de PLA durables et résistantes au feu, désormais disponibles dans le commerce, et en a démontré l’utilisation sur des lignes industrielles de moulage par injection. Ces démonstrations comprenaient également l’essai d’un système de contrôle des processus fondé sur l’apprentissage automatique, qui a diminué la consommation d’énergie, amélioré la qualité des pièces et réduit les déchets. Des pièces d’intérieurs automobiles et des composants des réfrigérateurs ont été produits à l’aide des mêmes moules que les plastiques conventionnels. Les essais sur les pièces automobiles ont donné des résultats prometteurs, mais nécessiteront des développements supplémentaires, tandis que les composants de réfrigérateurs non moussés ont satisfait aux exigences de performance et réduit sensiblement les émissions de gaz à effet de serre.
Des essais industriels à la mise sur le marché
Le consortium VITAL, composé d’organismes de recherche et de partenaires industriels des secteurs de l’automobile, de l’électronique et de la marine, a veillé à ce que les cas d’utilisation reflètent les exigences réelles des applications. Le projet a obtenu des résultats prometteurs dans de nouveaux procédés de moussage pour les thermoplastiques biosourcés, ouvrant la voie à de nouvelles avancées en transformation industrielle, performances des matériaux et d’autres utilisations industrielles. «Le moussage constitue un moyen efficace de réduire la quantité de matériau et le poids nécessaires et, par conséquent, le coût. En réduisant la masse des matériaux, en diminuant la consommation d’énergie et en facilitant le recyclage, VITAL démontre que la durabilité et la rentabilité pourraient aller de pair à l’avenir», conclut Lisa Wikström.
