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Des biopolymères à hautes performances issus des sous-produits de la pâte à papier

La production de pâte à papier génère inévitablement des sous-produits. Ceux-ci comprennent les lignosulfonates, qui ont une grande variété d'applications, mais également des sucres dont les effets négatifs sur la qualité des lignosulfonates ont jusqu'ici conduit à leur destruction systématique. Mais que se passerait-il si ce sucre pouvait être réutilisé, par exemple pour produire des bioplastiques?
Des biopolymères à hautes performances issus des sous-produits de la pâte à papier
En 2021, le marché des polymères thermorésistants devrait représenter 16,67 milliards de dollars, soit une croissance de près de 40 % par rapport à 2016. Lorsqu'on ajoute à cela un marché des biopolymères qui connaîtra dans l'intervalle une croissance annuelle de 12 %, ainsi qu'une tendance sociale vers une économie circulaire, on se trouve clairement face à un marché à fort potentiel.

C'est probablement cette observation qui a conduit au lancement en août 2012 du projet BRIGIT, financé par l'UE. Réunissant 16 partenaires de 12 pays, le projet visait à développer un procédé en continu rentable et écologique pour produire des biopolymères à partir des sous-produits de sucre générés par la fabrication de pâte au sulfite. Chaque année, près de 0,5 million de tonnes des sucres ainsi produits sont détruits pour éviter qu'ils n'altèrent la qualité des lignosulfonates, très demandés.

Outre l'utilisation unique de ce flux de déchets, BRIGIT innove en intégrant ce procédé aux techniques actuelles de production industrielle de pâte à papier. Cela devrait permettre une réduction de la consommation des ressources et des émissions de gaz à effet de serre, ainsi qu'une diminution spectaculaire des coûts opérationnels, en raison de l'utilisation d'étapes non stériles, de l'absence de bioréacteurs intermédiaires discontinus et de la possibilité d'éviter le transport des déchets.

«Notre objectif était de produire du poly(hydroxybutyrate) (PHB) et du poly(butylène succinate) (PBS) à partir de cette matière première de sucre lignocellulosique. Nous l'avons fait en utilisant un procédé de fermentation 'in situ' et une nouvelle technologie de culture de fermentation qui empêche toute altération de la qualité des lignosulfonates actuels», explique Miguel Ángel Valera, coordinateur du projet pour l'Aimplas en Espagne.

Des produits de haute technologie pour l'industrie du transport

Ces deux types de polymères ont été choisis pour de bonnes raisons: le PHB a de bonnes propriétés thermiques et mécaniques et le PBS est utilisé pour améliorer la résilience et les capacités de traitement du PHB. En combinant les deux, les partenaires de BRIGIT peuvent produire des composites destinés à des applications high-tech résistantes au feu, essentiellement destinées au secteur du transport.

«En combinant ces biopolymères à des tissus naturels (lin, chanvre, etc.), nous apportons une alternative aux panneaux sandwich tridimensionnels faits de résines thermodurcies renforcées de fibres de verre continues», explique M. Valeria. «Ces nouveaux panneaux seront recyclables et plus légers. Ils présentent de vastes possibilités de traitement, peuvent être produits en grand volume (en utilisant un procédé continu de moulage par compression) et exigent moins d'énergie que les panneaux actuels.»

Grâce à la participation de FIAT et de SOLARIS, les panneaux ont été longuement testés et ont montré des propriétés mécaniques similaires à celles des panneaux à base de pétrole. Mais leur poids et leur coût plus élevés posent des problèmes que le consortium s'efforce toujours de surmonter: «Le premier problème sera résolu en optimisant la structure du panneau et en utilisant de petites quantités de fibres de verre. Le deuxième problème est plus complexe, en raison du coût plus faible des résines provenant du pétrole et de l'impératif de compétitivité des installations de production à grande échelle. Notre niveau de maturité technologique (TRL) était malheureusement trop bas pour une mise sur le marché à ce stade», déclare M. Valera.

Outre ces panneaux 3D, M. Valera et son équipe ont identifié divers produits présentant un fort potentiel commercial: ceux-ci comprennent des qualités de biopolymères PHB et PBS convenant à l'extrusion de feuilles coulées, des ignifugeants basés sur des lignosulfonates chimiquement modifiés et la production en continu de panneaux sandwich par moulage par compression.

Aller de l'avant

L'équipe estime néanmoins qu'elle pourra, dans les prochaines années, fournir une source économique, sans inhibiteurs et homogène de sucres pour produire à un prix compétitif les polymères et les additifs cibles.

Plus récemment, le conseil scientifique Daren Labs a exprimé son intérêt pour intensifier la production de lignosulfonates chimiquement modifiés comme ignifugeant pour les biopolyesters et d'autres plastiques produits à partir du pétrole. Il a demandé un soutien de l'UE dans le cadre de l'instrument PME. Parallèlement, d'autres partenaires du projet recherchent des opportunités dans des projets DEMO pour augmenter le niveau de maturité technologique de ces techniques et achever l'optimisation du procédé de fermentation pour d'autres entreprises produisant de la pâte à papier.

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Mots-clés

BRIGIT, pâte au sulfite, biopolymères, bioplastiques, sucre, PBS, PHB, panneaux sandwich, ignifugeant