Des déchets alimentaires et agro-industriels valorisés en emballages, chaussures et matériaux textiles plus sûrs
Chaque année, des résidus organiques d’origine alimentaire et industrielle sont incinérés, mis en décharge ou sous-valorisés. Transformer le carbone en matériaux utiles semble simple, jusqu’à ce que l’on essaie de créer des produits qui ont l’aspect, le toucher et les performances de ceux que les consommateurs connaissent et utilisent déjà. Le projet Waste2BioComp(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a développé des composants biosourcés pour trois chaînes de valeur du quotidien: l’emballage, la chaussure et le textile. Les travaux ont porté sur les polyhydroxyalcanoates (PHA), une famille de biopolymères produits par des micro-organismes, et sur les étapes de fabrication nécessaires à leur transformation en démonstrateurs.
Sélection de déchets organiques pour produire des blocs de construction PHA de haute qualité
Le choix du flux de déchets et des matières premières détermine à la fois la qualité des matériaux et le potentiel de mise à l’échelle d’un procédé. Comme l’explique Helena Vilaça, coordinatrice du projet, «le principal facteur qui détermine si un flux de déchets organiques convient à la production de matériaux de haute qualité est sa composition chimique». Après cette première sélection, le consortium a évalué le rendement, la pureté du produit et la facilité d’élimination des impuretés, ainsi que la disponibilité et la proximité géographique des ressources. Plusieurs flux riches en glucides ont été testés pour la production de PHA biogène par les cyanobactéries, notamment le glycérol, la mélasse, le mélange à pain, l’amidon, la base de pâte et le tabac. Différentes souches bactériennes ont réagi de manière distincte à chaque substrat, produisant des rendements et des compositions de PHA variables. Parallèlement, le projet a exploré des voies chimiques à partir de molécules (potentiellement) biosourcées afin d’adapter la chimie des PHA et les propriétés des matériaux qui en résultent aux exigences spécifiques de la technologie de traitement des matériaux concernée. Gregor Grun, professeur à l’université des sciences appliquées de Kaiserslautern, explique: «Les matériaux à base de PHA qui en résultent peuvent être conçus sur mesure et présenter des propriétés allant des solides rigides aux matériaux de type TPE. Ils peuvent être facilement transformés à l’aide de diverses méthodes (soufflage, coulage de film, moulage par injection, filage de fibres, impression 3D).
Des polymères PHA aux emballages, semelles et revêtements textiles
Des matériaux issus de déchets ne sont pas nécessairement de qualité inférieure. Waste2BioComp a comparé ses matériaux à des références conventionnelles afin de vérifier que leurs performances étaient équivalentes ou supérieures, et a mené des évaluations toxicologiques pour confirmer leur innocuité. Lorsque des flux de déchets alimentent des micro-organismes ou servent de précurseurs chimiques, les matériaux obtenus peuvent conserver leur qualité, car leurs éléments constitutifs fondamentaux peuvent être identiques à ceux issus de sources traditionnelles, selon le procédé utilisé. Le projet a transformé les PHA et les pigments biosourcés en filières d’applications concrètes. Le volet emballage a produit des films et composites en PHA de flexibilité variable, tandis que le volet chaussure a mis au point des mousses pour composants de chaussures, notamment des mousses de semelles intérieures en PHA. Les textiles se sont révélés plus difficiles, en partie parce que les procédés d’impression et de filage tolèrent moins les variations des propriétés des matériaux et des paramètres de procédé. «Parmi les secteurs étudiés (textile, chaussure et emballage), c’est l’industrie textile qui s’est révélée la plus complexe pour intégrer les PHA», explique Helena Vilaça. Des prototypes de composants de chaussures et de films d’emballage proches de la production en série ont pu être fabriqués, tandis que les textiles sont restés à un niveau de maturité technologique inférieur et nécessitent davantage de R&D. L’impression à jet d’encre a permis de faire le lien entre les matériaux et les produits finis. Le projet a développé des pigments et des encres d’origine biologique et a travaillé sur la stabilité de la dispersion et la compatibilité avec les têtes d’impression, le contrôle de la taille des particules étant essentiel. Pour remédier à la faible résistance à la lumière souvent associée aux pigments biosourcés, le projet a utilisé des pigments présentant les mêmes structures moléculaires que les pigments conventionnels, mais provenant de sources renouvelables.
Obstacles en fin de vie et impacts perceptibles par les consommateurs
La fermeture de la boucle matérielle se heurte encore à des obstacles pratiques. Waste2BioComp a mis cinq problèmes en évidence: premièrement, des structures composites très utilisées et difficiles à séparer; deuxièmement, des flux de collecte dédiés limités pour les matériaux émergents; troisièmement, des conseils insuffisants aux consommateurs sur les voies d’élimination; quatrièmement, des additifs qui nuisent à la pureté des produits recyclés; et cinquièmement, une grande diversité de polymères biosourcés qui nécessitent des voies de recyclage spécifiques. Si les matériaux Waste2BioComp arrivaient sur le marché, les consommateurs pourraient remarquer des changements allant au-delà de la réduction de l’apport en énergie fossile. Helena Vilaça conclu: «Au-delà des avantages environnementaux, les consommateurs bénéficieraient de plusieurs avantages pratiques si les produits Waste2BioComp arrivaient sur le marché. Il s’agit notamment de matériaux plus sûrs et moins toxiques, puisque les plastiques à base de PHA, qu’ils soient rigides ou flexibles, ne nécessitent pas de plastifiants nocifs, et d’une meilleure compatibilité avec la peau, comme le confirment les résultats de non-sensibilisation réalisés sur des semelles intérieures et des textiles imprimés en PHA».
