Les bioplastiques: Etat de l art

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1 Les bioplastiques: Etat de l art Matériaux, marchés et applications 1

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3 Présentation NATUREPLAST BIOPOLYNOV Basée à Caen (en Basse Normandie). SAS au capital de Création de la structure : Clients : plusieurs centaines de structures (plasturgistes, centres techniques/universités, donneurs d ordres ). Basée à Caen (en Basse Normandie). SASU au capital de Société fille à 100% de Natureplast. Création de la structure : Agrément CIR (Crédit d Impôt Recherche). Statut de JEI (Jeune Entreprise Innovante). EQUIPE : 5 personnes (3 collaborateurs techniques et scientifiques et 2 commerciaux). 3

4 Présentation Notre vocation est d accompagner les industriels français et européens (transformateurs et utilisateurs finaux) dans le transfert de technologie vers les bioplastiques. 4

5 Présentation 5

6 Quelques définitions Bioplastique? «Un bioplastiqueest un polymère biosourcéet/ou biodégradable. Il existe donc 3 grandes familles de bioplastiques : Polymères biosourcés et biodégradables. Polymères biosourcés et non biodégradables. Polymères issus du pétrole et biodégradables.» 6

7 Quelques définitions Biodégradable / Compostable? Un matériau est dit biodégradables il peut être décomposé sous l action de micro-organismes (bactéries, champignons, algues, etc.). Le résultat est la formation d eau, de CO 2 et/ou de méthane et éventuellement de sous-produits (résidus, nouvelle biomasse) non toxiques pour l environnement. (Fiches Techniques, ADEME, 2012). Un matériau est dit compostableindustriellement s il répond à la norme NF EN13432:2000 qui définie des performances à atteindre dans certaines conditions de biodégradation (températures, durée, etc.). 7

8 Quelques définitions 0 jour 15 jours 30 jours 45 jours 8

9 Quelques définitions Biosourcé(Fiches Techniques, ADEME, 2013) : Part d un produit d origine totalement ou partiellement renouvelable, i.e. issue de la biomasse. Elle peut représenter une proportion très variable du matériau, aucun seuil minimum n étant spécifié aujourd hui pour l utilisation de cette dénomination 9

10 Quelques définitions CO 2 Biomasse 1-10 ans Industrie du biosourcé > 10 6 ans Polymère, Chimie, Carburant, Energie Industrie chimique Ressources fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel) D après R. Narayan, Michigan State University, EPF 4th Summer School, Gargnano (Italie),

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12 Les familles de bioplastiques Biodégradable PBAT PCL PBSA PBS, TPS, Compound base amidon, Esters Cellulose, BioTPE PLA, PHAs Non biodégradable PE, PP, PS, PET, PVC, PUR, PC, ABS, PA, etc. BioPET, BioPA, BioPC, BioTPU/TPE, PTT, Hybrides BioPE, BioPA-11 Situation en 2014 Non biosourcé Partiellement biosourcé Biosourcé 12

13 Marché des bioplastiques Production annuelle de bioplastiques (2014) : 1,67millions de tonnes (soit 0,7 % du marché mondial 250 millions de tonnes en 2013). 13

14 Marché des bioplastiques 14

15 Marché des bioplastiques 15

16 Marché des bioplastiques 16

17 BioPET Développé à l origine pour Coca-Cola en 2009 pour sa marque d eau Dasani, le BioPETest à 30% d origine végétale en masse (monomère éthylène glycol). Le BioPET présente les mêmes propriétés que le PET pétrosourcé. La ressource utilisée est la mélasse ou des résidus de l industrie sucrière. Le BioPETreste non biodégradable et surtout 100% recyclable. 17

18 BioPET 18

19 BioPE Issu à 100 % de ressource végétale (canne à sucre), il n est pas biodégradable ni compostable tout en restant recyclable. Il est disponible commercialement depuis début 2010 et existe en version basse et haute densité. Les matériaux ainsi obtenus possèdent les mêmes propriétés que les équivalents pétrosourcés 19

20 BioPE 20

21 BioPA Les Polyamides biosourcés (et non biodégradables) sont utilisés industriellement depuis plusieurs dizaines d années (Rilsand Arkema) dans des applications techniques (sport, loisirs, transports, électronique, etc.). Aujourd hui, tous les producteurs de Polyamides ont dans leur gamme certains matériaux au moins partiellement biosourcés (PA 11, PA 12, PA 10, PA 6-10, etc.). Les monomères biosourcés sont soit des acides aminés (à partir de l huile de ricin) ou des acides carboxyliques (ex : acide sébacique) 21

22 BioPA 22

23 Polyacide lactique (PLA) Le PLAest un polyester thermoplastique produit à partir de l amidon de maïs et nouvellement à partir de betterave sucrière. Celui-ci est transformé en sucres qui sont ensuite fermentés en acide lactique puis polymérisés en dimère cyclique (Lactide) et finalement en PLA. Le PLA est un polymère 100 % biosourcé et 100 % compostable industriellement. 23

24 Polyacide lactique (PLA) Propriétés du PLA : Matière 100% biosourcée et compostable ; dégradation très lente en sol. Matière rigide(= PS) et transparente jusqu à quelques millimètres. Résistance thermique environ 50 C en utilisation. Propriétés barrières à la vapeur d eau (WVTR) faibles. Propriétés de rétractation équivalentes au PETG. Facilité de mise en œuvre (thermoformage, injection, soufflage ) 24

25 Polyacide lactique (PLA) 25

26 Polyhydroxy alcanoates (PHAs) LesPHAs sont une famille de polyesters thermoplastiques aujourd'hui produits principalement à partir d amidon de maïs. A la différence du PLA, la fermentation bactérienne produit directement le polymère. La familledes PHAs est composée de nombreux matériaux à la structure chimique proche, les plus utilisés étant les PHB et PHBV. Les PHAs sont des polymères 100 % biosourcés et 100 % biodégradables et compostables. 26

27 Polyhydroxy alcanoates (PHAs) Propriétés des PHAs : Matières 100% biosourcées, biodégradables et compostables. Matières rigides à souples et opaques à translucides. Résistance thermique jusqu à 120 C en utilisation. Propriétés barrières équivalentes polyoléfines. Mise en œuvre délicate. 27

28 Polyhydroxy alcanoates (PHAs) 28

29 Biopolyesters La famille des biopolyestersbiodégradables regroupe un ensemble de polymères fabriqués à partir de ressources fossiles et/ou végétaleset dont la structure chimique leur permet d être biodégradables et compostables. Les principaux matériaux disponibles sont aujourd hui : Le PolyButylène-co-Adipate-co-Térépthalate: PBAT Le PolyButylèneSuccinate : PBS Le PolyButylène-co-Succinate-co-Adipate: PBSA 29

30 Biopolyesters La plupart des monomères utilisés pour leur fabrication seront obtenus à moyen termes à partir de ressources végétales. Le PBSest déjà commercialisé à un taux de 38% biosourcé (partie acide succinique). La gamme aujourd hui élargie de matériaux disponibles permet d obtenir les propriétés recherchées avec l arrivée de grades de PBS injectables. La balance entre les motifs aromatiques (acide téréphtalique ) et aliphatiques (butanediol, acide succinique ) va dicter les propriétés futures du matériau. Les biopolyesters peuvent être classés en deux familles : Ceux étant principalement injectables : PBS Ceux étant principalement extrudables : PBAT, PBSA, PCL 30

31 Biopolyesters Propriétés des biopolyesters: Matériaux biodégradables et compostables. Bonnes propriétés mécaniques et résistance aux chocs. Tenue thermique pouvant dépasser 90 C. Matériaux translucides à opaques. Mauvaises propriétés barrières. Facilité de mise en œuvre pour la plupart (tous procédés). 31

32 Biopolyesters 32

33 Bioélastomères Les bioélastomèressont une famille de matériaux dans laquelle on retrouve différents élastomères thermoplastiques (BioTPE) biosourcés et/ou biodégradables ainsi que des élastomères de Polyuréthanes thermoplastiques (BioTPU) partiellement biosourcés. Les BioTPEsont principalement obtenus par modifications chimiques (extrusion réactive ) de biopolyestersou combinaisons d huiles et polyols d origines végétales. Les BioTPUsont issus de la réaction d un isocyanatepétrosourcéet d un Polyol biosourcé provenant d huiles végétales: Alcool biosourcé 33

34 Bioélastomères Propriétés des bioélastomères : Biodégradables selon les critères des normes telles que la EN 13432:2000 pour certains BioTPE (biosourcés jusqu à environ 40%). Biosourcés jusqu à 60% pour les BioTPUen fonction des polyols utilisés et 100% pour certains BioTPE non biodégradables. Grande souplesse (propriétés élastomériques) et faible duretés (jusqu à 50 Shore A). Bonne résistance à l abrasion. 34

35 Bioélastomères 35

36 Cellulose et dérivés La cellulose est utilisée depuis plusieurs dizaines d années pour la production de matières premières et de film plastiques (Cellophane). On retrouve actuellement sur le marché la cellulose sous deux principales formes: Film biosourcé et biodégradable et compostable : produits Natureflexde chez InnoviaFilms. Ces films présentent de très bonnes propriétés barrières et une bonne transparence. Esters de cellulose non biodégradables utilisés principalement sous forme de plaques et en injection moulage : acétate, propionate, butyrate de cellulose Ces matrices sont transparentes, et ont des propriétés équivalentes à un ABS (mécanique, thermique ) mais ont un prix élevé (> 5 /kg). Producteurs : InnoviaFilms : environ tonnes / an. 36

37 Cellulose et dérivés 37

38 Compounds Mélanges sur base amidon : L amidon plastifié (par du glycérol ou autre) est utilisé principalement en mélange avec des polymères souples issus du pétrole et biocompostables (biopolyesters) pour améliorer les propriétés mécaniques. L amidon peut également être utilisé à l état natif en tant que charge dans ces mêmes polymères. 38

39 Compounds Propriétés des bases amidon : Matériaux partiellement biosourcés, biodégradables et compostables. Bonnes propriétés mécaniques et résistance aux chocs. Tenue thermique pouvant dépasser 90 C. Matériaux translucides à opaques. Mauvaises propriétés barrières. Grande sensibilité à l eau. Facilité de mise en œuvre pour la plupart (tous procédés). 39

40 Compounds Applications des mélanges sur base amidon : 40

41 Données marché bioplastiques Production monde 2011 Prix matière première BioPET ~ tonnes 2-2,5 /kg BioPE ~ tonnes 2-2,5 /kg BioPA ~ tonnes 7-12 /kg PLA ~ tonnes 2-3 /kg PHA ~ tonnes 4-7 /kg Biopolyesters ~ tonnes (PBS) 4-6 /kg Bioélastomères Quelques milliers de tonnes >6 /kg Cellulose et dérivés? (~ tonnes films) >5 /kg Compounds base amidon ~ tonnes 3-6 /kg 41

42 Perspectives et conclusions Pourquoi utiliser des bioplastiques? Intérêt écologique : Tendance vers la substitution des monomères fossiles. A terme, utilisation de ressources non alimentaires pour la production des matériaux. Moins d émission de gaz à effet de serre: meilleur bilan carbone. Options de fin de vie : recyclabilité et biocompostabilité(pour la plupart). Intérêt pour l entreprise / produit : Nouveaux axes de communication pour l entreprise sur ses valeurs. Engagement de l entreprise dans une véritable démarche de développement durable / Innovation Communication par les médias (TV / presse / radio). Peut permettre un avantage technique (biodégradabilité ). 42

43 Perspectives et conclusions Perspectives marché et développements : Très forte augmentation des capacités de production dans les années à venir. Une tendance va vers les biosourcés non biodégradables : matériaux déjà connus donc facilement transposables. La majorité des polymères conventionnels seront partiellement biosourcés d ici quelques années. L élargissement des applications et le lancement de la part de grands donneurs d ordres de projets en bioplastiques incitera un grand nombre de suiveurs à ne pas rester en marge de ces développements : les premiers projets voient le jour (Coca, Danone, etc.). 43

44 Perspectives et conclusions Perspectives technologiques : Projets de créations d unités de production : l Asie et l Amérique du Sud sont très actives, notamment sur le BioPET et le PLA. Développement de nouveaux types de bioplastiques et additifs de part les travaux de recherche mondiale : travaux sur les déchetset la biomasse non valorisée en général. La R&D permet d améliorer les propriétés des bioplastiques pour leur permettre d atteindre d autres secteurs d applications. Développement des filières de compostageou de recyclage avec l augmentation des volumes mis sur le marché. 44

45 Merci de votre attention