Michel Huneault

1. Une industrie émergente : de
la matière première aux
plasturgistes et composteurs
Michel Huneault
Université de Sherbrooke
Colloque sur les bioplastiques compostables
2 juin 2011

2. Resumé
 Définitions
 Forces motrices
 Revue de bioplastiques existants
 Perspectives et Opportunités

3. Que signifie le BIO
dans BIOplastique ?
Naturel ?
Biodégradable?
Meilleur pour l’environnement ?
Vivant ?
3

4. Définition : Bioplastique
 Bioplastique = Polymère biosourcé
◦ Matériaux fabriqués à partir d’une matière première de
source de carbone organique renouvelable
Source renouvable Source non‐renouvelable
Contenu en ressource renouvelable :
Norme ASTM D6866
Basée sur la datation au C14 (i.e. âge du carbone organique)
4

5. Les premiers bioplastiques
(dérivés synthétiques de cellulose)
Vêtements en rayonne
(acetate de cellulose),
1930s
Boules de billard en Celluloid
(nitrate de cellulose), 1868
Panneaux en résine thermodurcissable
à base de soya et fibres naturelles,
1941

6. Carbone organique :
source fossile vs source renouvelable
CO2
100 an
Énergie
Énergie du soleil
(Nourriture,
Chauffage
transport
Production
électrique)
Biomasse
102 ans (C organique nouveau )
106 ans
~4% du
pétrole
utilisé pour
Réserve fossile
plastiques (C organique ancien)
6

7. Définition : Compostabilité
ASTM D6400
Conversion de C (%)
100
80
 Biodegradation aérobique 60
◦ Conversion supérieure à un seuil (60-90%) 40
après 180j 20
0
0 60 120 180 240
Durée (jour)
 Fragmentation
◦ Moins de10% de fragments > 2 mm après
12 semaines
 Toxicité
◦ Essai de germination (OECD 208)
 taux > 90% taux d’une référence
◦ Composition en métaux lourds sous
niveaux déterminés
* Note: Seule la fragmentation ou la croissance de
mousses sur le plastique ne suffit pas
7

8. Biodégradation aérobique
ASTM5338
E.g. Milieu de compostage
 Mesure de respiration: T= 58±2 oC
◦ Mesure de CO2 émis en fonction du temps En présence d’air
◦ Calcul de la conversion de C organique en C Référence négative: PE
inorganique
◦ La biodégradation dépend des conditions du milieu Référence positive: cellulose
CxH2x+3/2 O2 xCO2+xH20
Conversion de C (%) 100
80
60
40
20
0
0 60 120 180 240
Durée (jours)
8

9. Force motrice: plastiques biosourcés
Prix des ressources fossiles
Développement des
biotechnologies
Photo National Research Council of Canada
Surproduction agricole
Instabilité politique
Pression interne pour réduire
dépendance au pétrole
9

10. Forces motrices environnementales
• Amélioration de l’image corporative
• Perception positive pour le BIO
• Diminution d’impact visuel
• Diminution d’impact écologique
(écosystèmes marins)
• Diminution d’empreinte carbone
• Valorisation des déchêts organiques

11. Force motrice: Compostabilité
 Composition des déchêts
◦ Papier et carton……….. 40% Déchêts secs
◦ Plastiques.…………..….. 10% Peuvent être recyclés,
enfouis, incinérés avec
◦ Métaux ………………….. 10% récupération d’énergie.
◦ Matière organique…….40% ¿Que faire?
nourriture
Feuilles et Compostage est une solution
reste de jardin
Coûte moins cher que biométhanisation.
Nécessite moins d’énergie que l’incinération
Évite la production de méthane
Et vous avez le compost en PRIME

12. Rôle des plastiques compostable dans la
gestion des déchets organiques
 Souvent, il est difficile de valoriser les déchets
organique mixtes (i.e. plastiques + matière
putrescible)…
◦ Emballages plastiques+ matière organique
Sacs (TPS ou Ecoflex)
◦ Pellicules et mousses plastiques
◦ Articles jetables
◦ Revêtements de papier et carton
◦ Sac de retailles de jardin
Ustensiles (TPS)
◦ Pellicule de paillage (agriculture) 1Mt/an!
OPPORTUNITÉ POUR
PLASTIQUES
COMPOSTABLES
L’infrastructure de compostage se met en place!
12
Pellicule de paillage

13. Le compostage, une réalité…

14. Resumé
 Définitions
 Forces motrices
 Revue de bioplastiques existants
 Perspectives et Opportunités

15. Ressources de la biomasse
Energy
heating Ethanol Biodiesel
Natural Fibers Cellulosics & Sugars & Starches Oils Other Proteins
•Cotton, Sisal, Jute, Lignocellulosics •From Corn, wheat, potato •Soybean, Polysaccharides Gluten,
•Hemp, Flax •Rapeseed •Pectin, Chitin, Zein
•Castor •Levan, Pullulan
Chitosan
Materials
Wood Wood Thermoplastic
Textiles lumber composites Starch
+
Thermoset from
Natural fiber Soy-based
Cellulose triglycerides
composites binders,
Derivatives
(cellophane, PSA
Cellulose acetate)
BIOREFFINERY
Chemical
Building
Blocks
15 agrobusiness
chemicals

16. Plastiques biosourcés
Huiles végétales
Amidon et Carbohydrates Ricin, Soya
hydrolyse
gelatinisation fermentation
éthanol Sucres simples
fermentation/ Synthèse
plastification déhydration traitement microbienne
Monomères enzymatique Réticulation
modification
biosourcés
extraction
Lactic Propane Succinic Adipic Acide gras
ethylene Acid Diol acid acid 11C
Amidon Polyethylene Polyesters, PHA PA11 Thermosets
Thermo- polyamides,
plastique polyurethanes
16
*undecanoic acid

17. Matériaux compostables
 Mélange à base d’amidon
thermoplastique
◦ Novamont’s Materbi, Plantic,
Rodenburg
Polylactide (PLA)
NatureWorks Polyhydroxyalcanoate (PHA, PHB)
Telles, PHB industrial

18. Non-Compostable Compostable
100%Biosourcé Polyéthylène issu Poly(acide lactique)
de l’éthanol (Brésil)
Polyamide 11 issu Poly(hydroxy alcanoate)
d’huile de ricin
Amidon thermoplastique
PU et Polyester PEA
Partiellement utilisant diol
biosourcés
Biosourcé PBAT
99% des plastiques Polyester aromatique
conventionnels /aliphatique, E.g. Ecoflex
Fossile
OXOdégradables
18

19. Perspective : volume de production des
plastiques biosourcés
2010 2013
kton/an kton/an
 PLA 150 300
 PHA ~0 50
 Thermoplastic starch 100 150
 PTT (25%Biobased) 50 100
 PU (25% Biobased) 50 50
 PE 0 450
 PA11 50 50
◦ Total 400 1150
Marché mondial des plastiques > 200,000 kTon/an

20. Positionnement stratégique – Filière Bioplastique au Québec
Industrie de Industrie
Producteurs synthèse Formulateurs de la Distributeurs/
de matière chimique plasturgie Utilisateurs
première primaire et
secondaire
positionnement du projet
ENTREPRISES TYPES
Purac Novamont IPL Entreprise de
Cargill secteurs
ADM Tate & Lyles Cereplast Balcan
Dow Cerestech Winpak alimentaire,
Exxon emballage,
Shell Dupont Solanyl Plastech
NatureWorks Lavergnes & 500 PME hygiène, etc.
Telles Felix compounds au Québec
PRÉSENCE REGIONALE
Non Non Oui Oui Oui

21. Opportunités
 Quelques bioplastiques actuellement
disponibles
 Opportunités
◦ Mélanges polymères/amidon thermoplastique
◦ Formulation de PLA cristallisable
◦ Formulation de bioplastiques moussables
◦ Formulation de bioplastiques pour laminage
de papier

22. Procédé de malaxage
Plastifiant
Amidon
Polymère
synthétique
Starch
metering
Puller & Air or Extrusion
Liquid feed
Cutter water die
cooling P
P
P
P P P
Side-
vacuum feeding Leistritz Twin Screw 34 mm
venting Extruder

23. Prototypes
 Pièces moulées
 Feuilles extrudés. Feuilles de mousse.
 Pellicules minces
 Contenants thermoformés
23

24. Publications 2007 -2011
Principaux Collaborateurs
Sujets
Hongbo Li
PLA/TPS : 4
Nathalie Chapleau
Cristallisation PLA : 2
Mihaela Mihai
Moussage PLA : 3
Basil Favis
Nanocomposite bio: 3

25. Perspectives
 Croissance importante des plastiques
biosourcés et compostables
 Normes et support législatif grandissant
pour le compostage des matières organiques
– Besoin pour bioplastiques compostables
 Expertise et volonté existent au Québec
pour être proactif et devenir leader dans ce
domaine

26. Merci