Biomatériaux et automobile de demain

Biomatériaux et automobile de demain Charlyse POUTEAU, Laurent BELARD Pole Européen de Plasturgie Avec la collaboration de Sandrine RAPHANAUD et Jean-Luc MONNET, PSA

Des polymères issus du pétrole Tonnage (Mt) 7 6 5 4 3 2 1 0 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Évolution de la production de plastique en France depuis 1920 Depuis les années 60, importance accrue du plastique car les plastiques sont souvent avantageux par rapport aux autres matériaux: résistant, léger, imputrescible, esthétique, propriétés barrières, etc

Des polymères issus du pétrole 30% des ressources naturelles consommées en 30 ans 70% des ressources naturelles consommées par 30% de la population Ecosystème réduit de 12% en 30 ans Gisements découverts / évolution consommation Comment répondre à l épuisement des ressources fossiles? Comment limiter les répercussions environnementales liées à la fabrication et à l'utilisation des plastiques? Johannesburg 2002 wwf D;Froelich (Art et métiers ParisTech)

aux biopolymères : contexte Non biodégradable Biodégradable Notions liées au comportement Biopolyesters issus de synthèse chimique classique: Polycaprolactone : PCL Polyester amide : PEA Copolyester : PBSA, PBAT Polymères traditionnels: PE, PP, PVC, PET, PS Agropolymères: Polysaccharides: amidon, cellulose Protéines animales et végétales : gélatine, caséine, zéine, glutène Biopolyesters issus de microorganismes: PHA, PHB, PHBV Biopolyesters synthétisés à partir de monomères renouvelables: PLA, Polymères traditionnels issus de synthons d origine renouvelable: PA11, PE, PP Non biosourcé Notions liées à l origine Biosourcé

aux biopolymères : contexte Taux de croissance actuel de 10 à 20% par an

Plan de la présentation Quels matériaux disponibles sur le marché? Quels sont les applications actuelles? Pourquoi utiliser des biopolymères dans l automobile? Des exemples d applications et de développements dans l automobile Le projet MATORIA

Les biopolymères sur le marché : biodégradables & biosourcés Non biodégradable Biodégradable Biopolyesters issus de synthèse chimique classique: Polycaprolactone : PCL Polyester amide : PEA Copolyester : PBSA, PBAT Polymères traditionnels: PE, PP, PVC, PET, PS Agropolymères: Polysaccharides: amidon, cellulose Protéines animales et végétales : gélatine, caséine, zéine, glutène Biopolyesters issus de microorganismes: PHA, PHB, PHBV Biopolyesters synthétisés à partir de monomères renouvelables: PLA Polymères traditionnels issus de synthons d origine renouvelable: PA11, PE, PP Non biosourcé Biosourcé

Les biopolymères sur le marché : mélanges amidon Biotec (SPhere) 20000T/an (en 2005) Mater-Bi (Novamont) 20000T/an (en 2003) 35000T/an (fin 2006) www.biotec.de/ 60000T/an (fin 2007) www.materbi.com/ Plantic Biograde (Biograde) www.biograde.com.au 3000T/an (en 2005) 10000T/an (2010)

Les biopolymères sur le marché : ligno-cellulosiques Solanyl (Rodenburg) Biocerès (Futuramat) Biolice (Limagrain) www.polymix.fr/ Végéplast (Végémat) 10000T/an (en 2005) www.futuramat.net/ Biop, Biopar 10000T/an (en 2006) 50000T/an (2010) 1000T/an (en 2006) 17000T/an (2007) Conférence de Presse biolice, 9 juin 2006 www.vegemat.com/ www.biopag.de/

Les biopolymères sur le marché : les PLA Natureworks 140000T/an (en 2005) Lacéa (Mitsui Chemical) www.natureworks.com/ 20000T/an (en 2005) www.mitsui-chem.co.jp/info/lacea/example.html Uhde Inventa Fisher www.inventa-fischer.com/ 3000T/an (2006)

Les biopolymères sur le marché : les mélanges PLA Bioflex (FKUR Kunstoff) mélange PLA-Copolyester distribution par Polymix Biopearls (ROJ Jonboom) www.biopearls.nl/ Natureplast (Natureplast) www.natureplast.eu/ Cereplast compostable (Cereplast) www.fkur.de www.cereplast.com/

Les biopolymères sur le marché : les polymères bactériens Mirel (Telle) (ex Métabolix / ADM) Enmat (Tianan) www.mirelplastics.com/ www.metabolix.com/ 50000T/an (2008) 100T/an (2006) www.tianan-enmat.com Natureplast PHI (Natureplast) www.natureplast.eu/ Nodax (Kaneka) PHAs (Biomer) www.biomer.de Biocycle (Copersucar) www.nodax.com/ Goodfellow (PHB) www.goodfellow.com/f/polyhydroxybutyrate-biopolymere.html

Les biopolymères sur le marché: biodégradables & non biosourcés Non biodégradable Biodégradable Biopolyesters issus de synthèse chimique classique: Polycaprolactone : PCL Polyester amide : PEA Copolyester : PBSA, PBAT Polymères traditionnels: PE, PP, PVC, PET, PS Agropolymères: Polysaccharides: amidon, cellulose Protéines animales et végétales : gélatine, caséine, zéine, glutène Biopolyesters issus de microorganismes: PHA, PHB, PHBV Biopolyesters synthétisés à partir de monomères renouvelables: PLA Polymères traditionnels issus de synthons d origine renouvelable: PA11, PE, PP Non biosourcé Biosourcé

Les biopolymères sur le marché : copolyesters PBS, PBSA Bionolle (Showa Highpolymer) EnPol (Ire Chemical ltd) Skygreen (SK Chemicals) Lunare SE (Nippon shokubai) Natureplast (Natureplast) www.natureplast.eu/ www.sdk.co.jp/

Les biopolymères sur le marché : copolyesters PBAT Ecoflex (BASF) Eastar Bio Novamont 8000T/an (en 2003) www.pakexpert.com / images/eastar www.basf.com/businesses/plasticp ortal/images/ecoflex_film.jpg

Les biopolymères sur le marché : polyesters PCL Celgreen (Daicel) www.daicel.co.jp/ celgreen/ PCL Capa (Perstorp) Caprowax (Polyfea) Tone (Dow Plastics)

Les biopolymères sur le marché : non biodégrad & biosourcés Non biodégradable Biodégradable Biopolyesters issus de synthèse chimique classique: Polycaprolactone : PCL Polyester amide : PEA Copolyester : PBSA, PBAT Polymères traditionnels: PE, PP, PVC, PET, PS Agropolymères: Polysaccharides: amidon, cellulose Protéines animales et végétales : gélatine, caséine, zéine, glutène Biopolyesters issus de microorganismes: PHA, PHB, PHBV Biopolyesters synthétisés à partir de monomères renouvelables: PLA Polymères traditionnels issus de synthons d origine renouvelable: PA11, PE, PP Non biosourcé Biosourcé

Les biopolymères sur le marché : les PA Rilsan (Arkema) Rilsan HT (Arkema) Biosourcé à 70% Rilsan clear rnew (Arkema) Biosourcé à 54%

Les biopolymères sur le marché : les PTT Biomax PTT100 (Dupont) Biosourcé à 37% Sorona (Dupont) Biosourcé à 37%

Les biopolymères sur le marché : les TPU Pearlthane ECO (38-42% biobasé) (Merquinsa)

Les biocomposites sur le marché AD Majoris Futuramat AFT Plasturgie www.futuramat.net/ Rettenmaier Béologic JT CFP «Des charges dans les starting bloc» www.beologic.com

Les applications : les biopolymères Applications Emballage : sacs Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biopolymères Emballage (Ménager, Industriel) Applications Emballage : sacs Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biopolymères Emballage (Ménager, Industriel) Applications Emballage : sacs Agriculture Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biopolymères Emballage (Ménager, Industriel) Hygiène / Cosmétique Emballage : sacs Applications Agriculture Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biopolymères Emballage (Ménager, Industriel) Hygiène / Cosmétique Emballage : sacs Applications Restauration hors domicile Agriculture Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biopolymères Emballage (Ménager, Industriel) Hygiène / Cosmétique Emballage : sacs Applications Fibres et textiles Restauration hors domicile Agriculture Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biopolymères Emballage (Ménager, Industriel) Hygiène / Cosmétique Emballage : sacs Applications Fibres et textiles Jouet / Loisir / Autres Restauration hors domicile Agriculture Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biopolymères Emballage (Ménager, Industriel) Hygiène / Cosmétique Médical Applications Emballage : sacs Fibres et textiles Jouet / Loisir / Autres Restauration hors domicile Agriculture Source : Applications existantes Applications émergeantes

Les applications : les biocomposites Batiment, Infrastructure www.kosche.de/ Applications www.trex.com/

Les applications : les biocomposites Batiment, Infrastructure Applications Automobile, transport www.mercedes-benz.de/

Les applications : les biocomposites Batiment, Infrastructure Applications Automobile, transport Emballage

Les applications : les biocomposites Batiment, Infrastructure Ameublement Applications Automobile, transport Emballage

Les applications : les biocomposites www.flaxwood.com/ Batiment, Infrastructure Divers, autres Applications Automobile, transport Ameublement Emballage

Pourquoi des biopolymères dans l automobile? Légèreté Par rapport à un composite à fibres de verre et non pas à un polymère vierge Amélioration de la recyclabilité Par rapport à un composite à fibres de verre Attention à la pollution des filières existantes Amélioration des propriétés mécaniques (augmentation des modules, des contraintes, mais souvent diminution du choc!) Renouvelabilité des ressources, importance de la disponibilité des stocks Diminution de l empreinte carbone des matériaux (à valider par études ACV)

Des garnissages chez Ford Equipement de sièges en mousses polyuréthanes biosourcés «Biofoam» (issu du soja) de la Mustang en Juillet 2007, puis de 6 autres véhicules depuis (Ford F150, Focus, Escape, Expedition, Lincoln Navigator, Mercury Mariner)

Des garnissages chez Ford La substitution par des mousses à base de soja, a permis selon le constructeur de réduire la production de CO 2 de 2400 tonnes en 2008 (6500 tonnes si généralisé à tous les véhicules Ford).

Des garnissages chez Ford Développement en partenariat avec Lear Corporation Siège qui combine matériaux organiques et recyclables, basés sur une facilité de désassemblage en fin de vie et une réduction de masse de 85% Exemple : le siège «EnviroSeat» Appui-tête à partir de maïs Tissus à partir de maïs PP renforcé fibres naturelles Mousse PU à partir de soja Cotés de siège à partir de PP issu de canne à sucre Fixation à partir de bouteille recyclée Bioplastics Magazine, 01/2009, documents Ford

Des garnissages chez Ford mais aussi du PLA Objectif: Augmentation de la durée de vie du PLA et de sa processabilité L introduction de charge talc, craie et cellulose peut contribuer à diminuer le temps de cycle des pièces injectées en PLA et des bio-composites Essais de composites renforcés par diverses fibres naturelles (fibres de noix de coco, de paille de riz, )

Toyota a la fibre environnementale Toyota Motors Corporation a annoncé l augmentation dans les véhicules - des plastiques issus de plantes, et - des plastiques «carbone neutre» (dont l empreinte carbone est faible durant son cycle de vie faible émission de CO 2 ) Toyota ambitionne d ici la fin 2009, le remplacement de 60% des composants intérieurs par des «plastiques écologiques» Plastiques complètement biosourcés Plastiques partiellement biosourcés (renforcés par des fibres naturelles)

Toyota a la fibre environnementale Toyota est le premier constructeur a avoir embarqué une pièce utilisant un bioplastique en série : le couvre roue de la Toyota Prius est réalisé par compression de PLA et de fibres de kénaf Toyota propose des tapis de sol en PLA sur la Raum (option)

Toyota a la fibre environnementale La Lexus 2010 HS 250h, présentée au salon de Détroit, substitue près de 30% de ses plastiques intérieurs par des plastiques dits «écologiques» (dont le levier d ouverture du capot et les coussins en mousse des sièges) Cela réduit de prêt de 20% les émission de CO 2 Toyota a présenté récemment un habillage de portière en fibre de kénaf ainsi que des pièces injectées en PP-kénaf. Ces pièces devraient d abord être appliquées sur les véhicules hauts de gamme Lexus

Toyota a la fibre environnementale Concept Car 1/X avec un toit translucide en PLA + fibres de chanvre et de ramie. Les fibres sont visibles par transparence. Petits Concept-Car électriques (ici le COMBS BP) qui utilisent des pièces extérieures (capot, toit, aile) en plastiques biobasés

Des biocomposites chez Mitsubishi Le Concept Car CX présenté à Francfort en 2007, met en avant les matériaux issus de ressources naturelles, notamment présents dans les garnitures de portes, les panneaux de dossier de siège, les garnitures de coffre et les tapis de sol. Matériaux type GS PLA (PBS/Bambou) Tapis de sols PLA/Nylon (Toray)

Fiat ambitionne de devenir le constructeur le plus vert! Concept Car : Panda Aria Taux d émission de CO 2 faible Grande quantité de matériaux verts (coco, lin, coton ) et de résines issues de ressources renouvelables Fiat travaille sur un modèle micro-car citadine tournée vers l environnement qui embarquerait des matériaux verts Les Fiat Palio, Strada, Uno, Siena, Idea et Punto, assemblées au Brésil, intégreront prochainement des sièges en mousse PU biosourcée, le BioFoam

Mazda Mazda travaille en collaboration avec chercheurs et entreprises sur le développement de bioplastiques injectables, répondant aux exigences automobiles Développement d un matériau, composé à 88% de PLA, potentiellement utilisable pour applications intérieure ou extérieure (résistance en température et qualité de surface)

Mazda La Premacy Hydrogen RE Hybrid devrait embarquer en série des pièces à base de PLA (console avant, vide-poches, boite à gant) Co-développement Teijin-Mazda: habillage de sièges et de portières en PLA

Honda Honda a travaillé avec Dupont sur le Sorona pour son utilisation sur ses sièges et a annoncé en 2006 avoir validé les performances en termes de durabilité et de résistance UV Utilisation plus large en intérieur pour sa prochaine gamme de véhicule hybride en 2009

Renault, BMW et DaimlerChrysler Renault Ondelios En plus du travail sur son aérodynamisme et sa motorisation hybride, le Concept Car «made in Renault» présente certains éléments de structure réalisés en fibres naturelles de Lin. BMW BMW intègre déjà une grande quantité de matières renouvelables dans ses véhicules (10 000 t de fibres végétales en 2004 dans des applications types panneaux de portes intérieurs, en sisal et lin, éléments insonorisation en coton, ) DaimlerChrysler Production en série du panneau de roue de secours de la Mercedes classe A en PP+fibres naturelles www.mercedes-benz.de/

Good Year ou le pneu qui ne manque pas d air! Good-Year et Novamont ont développé un pneu chargé avec de l amidon: le RunOnFlat. L ajout d amidon permet un renforcement de la structure du pneumatique et de garder une rigidité lors du dégonflement du pneu.

Pirrelli met des algues dans ses pneumatiques! En collaboration avec l'université de Gérone, Pirrelli a mis au point un pneu à partir d'algues vertes, par substitution d une partie de la silice amorphe (performances mécaniques et améliorer leur durabilité) Substitution jusqu à 20 g d'algues pour 100 g de caoutchouc sans altérer les performances mécaniques du pneu. Ce pneu «vert» a depuis été testé avec succès dans le centre Trellborg Wheell Systems de Tivoli, près de Rome, pour être breveté par l italien Pirelli. Matériaux abondants et renouvelables Économie de 10% d énergie lors du mélange (comportement plastifiant) Peu de modification du process Diminution de l empreinte carbone Des arguments environnementaux

PSA : applications envisagées / en cours de développement Pièces intérieurs: Pièces cachées à fonction mécanique ou structurelle, supports de haut parleur Pièces extérieures: Eléments supports de pare-chocs, Panneaux déflecteurs sous caisse, Autres pièces cachées à fonction mécanique ou structurelle Organes et pièces du compartiment moteur : Remplacement de petites pièces mécaniques en matériaux renforcés de fibres de verre, éléments de GMV, écrans sous moteur, face avant technique F. Germain, F. Jaffiol, 2 ème colloque Composites Polymères & Fibres naturelles, Dijon, 2008

PSA : évaluations de composites à fibres naturelles F. Germain, F. Jaffiol, 2 ème colloque Composites Polymères & Fibres naturelles, Dijon, 2008

MATORIA MATériaux d Origine Renouvelable Innovants pour l Automobile IMP- CNRS

Objectif L objectif de ce projet est de développer de nouveaux matériaux plastiques injectables issus de ressources renouvelables répondant aux exigences techniques automobiles. Le projet propose d accélérer le développement des bioplastiques techniques en associant les acteurs scientifiques et industriels de toute une filière (chimistes, transformateurs, équipementiers, constructeur automobile). Outre le développement de thermoplastiques biosourcés, le projet étudiera également des alliages à base de ces nouveaux polymères et leur renforcement mécanique par des charges naturelles (nanocharges et fibres naturelles longues et courtes).

Retombées et impacts MATORIA fournira une avancée dans la connaissance et la compréhension des polymères biosourcés de leur formulation à leur transformation. L étude de ces nouveaux matériaux permettra de définir les paramètres clés de leur utilisation sur un large panel de pièces automobiles. MATORIA ne va pas seulement s attacher aux propriétés des produits issus de ressources renouvelables ainsi qu à leur faisabilité industrielle mais également à leur impact environnemental au travers d analyse de cycle de vie. Le projet considérera également la recyclabilité de ces nouveaux produits. Ce projet devrait permettre à terme la substitution d une part significative des plastiques d origine fossile dans l industrie automobile. Au delà de l automobile les retombées économiques pourront également avoir lieu dans d autres domaines industriels comme l électronique, l électroménager, le bâtiment

Merci de votre attention! Charlyse POUTEAU Responsable Ligne Programme Ecopolymères POLE EUROPEEN DE PLASTURGIE charlyse.pouteau@poleplasturgie.com Laurent BELARD Chef de projets R&D Ecopolymères POLE EUROPEEN DE PLASTURGIE laurent.belard@poleplasturgie.com