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Actualité | Chimie verte

Des initiatives de réduction de l'impact environnemental des matériaux plastiques


​La production mondiale de plastiques a atteint 390,7 millions de tonnes en 2021. Les projections indiquent que ce chiffre pourrait atteindre 1 200 millions de tonnes d'ici 2060 si nous continuons sur la voie actuelle. L'une des options pour limiter les émissions de gaz à effet de serre liés à cette production est la substitution des polymères pétrosourcés par des matériaux biosourcés. S'ils ne représentent qu'1,5 % de la production totale actuellement, nous sommes convaincus de leur potentiel pour répondre à l'enjeu de réduction de l'impact environnemental de la filière plasturgie, et menons des travaux de recherche en ce sens dans notre laboratoire. ​​

Publié le 23 novembre 2023

​Le point sur nos activités dans ce domaine avec Sébastien ROLERE, ingénieur de recherche au Liten et expert CEA en chimie et physico-chimie des matériaux polymères.


Quels sont les atouts du CEA-Liten pour répondre à cet enjeu de réduction de l'impact environnemental des matériaux plastiques ?

Depuis plusieurs années, nous développons des matériaux polymères biosourcés, potentiellement biodégradables, en remplacement des matériaux pétrosourcés dans les secteurs d'applications tels que l'énergie, le transport ou le packaging. La force de notre équipe, qui regroupe des experts de la chimie, de la transformation des polymères, du recyclage et de l'éco-conception, c'est la diversité et la complémentarité de ses compétences. Pour mener à bien nos recherches, nous disposons de moyens technologiques pour couvrir toute la chaîne de développement, depuis la synthèse chimique de nouvelles matrices polymères jusqu'à leur mise en œuvre par différents procédés de plasturgie ou de fabrication additive, sur notre plateforme Procédés pour la Métallurgie des Poudres, la Plasturgie et l'Assemblage.


Comment développez-vous ces matériaux innovants?

Nos travaux sur la synthèse et la fonctionnalisation de nouveaux thermoplastiques biosourcés à architecture contrôlée ou de précurseurs biosourcés pour la fabrication de résines thermodurcissables permettent d'ajuster au mieux les structures macromoléculaires, en fonction des cahiers des charges de nos partenaires. Nous intégrons les enjeux de l'éco-conception tout au long de notre démarche. Dans le choix de nos matières premières par exemple, nous sélectionnons des bioressources de générations 2 et 3* pour s'affranchir de toute compétition avec le domaine agroalimentaire. Nous anticipons également les problématiques de fin de vie en concevant des matériaux à haute recyclabilité.


Parlez-nous des composites thermoplastiques

A partir des polymères synthétisés au laboratoire ou de matériaux biosourcés commerciaux, le laboratoire développe ensuite des biocomposites thermoplastiques par le procédé d'extrusion bi-vis**(lien vers vidéo Polymeris), Ces biocomposites peuvent être constitués d'une ou de plusieurs matrices polymères, de fibres végétales et de différents additifs permettant par exemple d'améliorer la compatibilité chimique entre les différents composants. Les travaux de formulation réalisés au CEA visent notamment à améliorer les propriétés mécaniques, thermiques, surfaciques ou de durabilité de ces matériaux biosourcés, tout en maîtrisant leurs coûts, pour permettre leur déploiement rapide dans l'industrie. Nous sommes en mesure de produire jusqu'à plusieurs dizaines de kilogrammes de biocomposites sous la forme de granulés, pour des essais à plus grande échelle sur les lignes de transformation de nos partenaires. Les granulés ainsi obtenus peuvent ensuite être utilisés en injection plastique, à l'aide des différentes presses à injecter industrielles présentes sur la plateforme.


Quelles sont les perspectives de vos travaux de R&D sur cette thématique ?

Les compétences acquises par l'équipe dans ce domaine, permettent aujourd'hui d'envisager le déploiement de ces nouveaux matériaux biosourcés dans des technologies clés pour le CEA, liées notamment à la transition énergétique, aux systèmes électroniques ou à la Médecine du Futur. Par exemple, l'intégration de matériaux éco-conçus biosourcés et recyclables dans des dispositifs électroniques souples, des panneaux photovoltaïques ou des packs batteries, devrait permettre d'abaisser significativement l'impact environnemental de ces technologies. Egalement, de nombreux matériaux biosourcés sont biocompatibles et biorésorbables, et sont à l'étude pour la conception de dispositifs médicaux innovants.

* Les biomatériaux de générations 2 et 3 sont issus de bioressources non alimentaires, telles que la biomasse ligno-cellulosique (génération 2) ou les composés produits par les micro-algues ou les bactéries (génération 3).

** Le procédé d'extrusion consiste à fabriquer en continu des produits finis ou à transformer des matériaux, au sein d'un système vis/fourreau. On parle d'extrusion bi-vis lorsque deux vis tournent à l'intérieur du fourreau. 


Exemple de projets structurants en cours

Le projet H2020 INN-PRESSME vise le développement de biocomposites à partir de polyesters ou de polyamides biosourcés commerciaux et de fibres végétales pour des applications automobile, en partenariat avec Fiat et MAIER, ou pour la conception d'article de sport ou de packaging innovant, en partenariat avec WSVK. Le projet AMI DECORE, quant à lui, vise à décarboner l'habitacle intérieur des véhicules de demain avec FORVIA en substituant les mousses et tissus plastiques pétrosourcés par des matières premières recyclées, recyclables, ou biosourcées.​


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