Les matières biosourcées et l’impression 3D

Les matières biosourcées et l’impression 3D

À première vue les matières biosourcées sont populaires depuis plusieurs années car elles mettent en avant une fabrication à partir de ressources naturelles et renouvelables.

De surcroît, selon une étude récente, voici ce que pensent les français des produits bio sourcés :

• 87% ont une bonne image de ces produits
• 83% pensent qu’il est légitime que les pouvoirs publics soutiennent leur développement
• 80% voudraient avoir plus d’informations sur ces produits.
  Intéressant, non ?

Et pourtant on peut confondre les matières biosourcées, géosourcées et biodégradables. C’est pourquoi je vais vous accompagner dans la compréhension des différences pour que vous n’ayez plus de doutes sur ces sujets. Un premier indice, l’origine de la matière première n’est pas la même…

Là dessus, l’impression 3D utilise des matières biosourcées dans différents secteurs de l’industrie et pour différentes typologies de produits. Les chercheurs innovent sans cesse pour trouver tous les ans de nouvelles matières fascinantes. Bonne lecture !

Une matière biosourcée, c’est quoi ? 

En tout premier lieu, la matière biosourcée doit être issue de ressources renouvelables telles que végétale, animale, textile recyclé, résiduelle, algale. Avant tout, l’importance est portée sur ​​l’origine de la matière première. En revanche la décomposition de celle-ci ne rentre pas en compte dans cette terminologie. D’ailleurs les matières biosourcées sont utilisées depuis des millénaires contrairement aux matières recyclées qui se sont répandus récemment.

Il existe différents types de matériaux biosourcés :

• Sylviculture (bois et dérivés)
• Agricole (chanvre, paille, lin, laine de mouton…)
• Recyclage (textile)

Quelles sont les différences avec les matériaux géosourcés et le biodégradables ?

La différence est réelle entre une matière biosourcée, géosourcé et biodégradable. Nous avons vu ensemble la définition du biosourcé, voyons à présent les différences entre géosourcé et biodégradable : 

Matière géosourcée => l’origine des matières géosourcées est minérales et elles ne demandent pas de transformation comme la pierre ou la terre crue.

Matière biodégradable => la biodégradabilité signifie la décomposition et dégradation de matières organiques par l’action des microorganismes (bactéries, enzymes, champignons…). 

L’importance est portée sur la dégradation du produit. La biodégradabilité dépend de différents paramètres : le milieu de dégradation, la structure des composants et  le procédé de fabrication. À noter qu’elle créé des gaz à effet de serre donc une biodégradation lente est préférable à une rapide.

Il est important de comprendre qu’un matériau est biodégradable s’il peut être converti en dioxyde de carbone ou en méthane, en eau et en biomasse sous l’effet des micro-organismes qui utilisent la substance ou le matériau comme nutriment.

Est-ce qu’il y a t-il des labels sur les matières biosourcées?

Depuis plusieurs années, des labels bio sourcés apparaissent un peu partout dans le monde. Après les Etats Unis, le Brésil et la Malaisie, le label “Produit biosourcé” français est créé en juin 2017 par une société coopérative et participative (Scop) Karibati. 

Plus précisément voici un exemple concret dans le bâtiment : Le secteur du bâtiment a le plus de pression pour intégrer des matières biosourcées dans ses infrastructures (à travers différentes lois comme la loi Elan notamment).

Le label réglementaire d’état Bâtiment Biosourcé permet de mettre en lumière la qualité environnementale des bâtiments neufs qui intègre une part significative de matériaux biosourcés dans leur construction : comme le bois, le chanvre, la paille, la laine de mouton ou les plumes.

Quel est l’impact réel du biosourcé sur l’environnement ?

En 2021, les enjeux écologiques sont nombreux. Utiliser des matériaux biosourcés permet de réduire notre empreinte carbone en réduisant l’utilisation des matières issues du pétrole. Tous les produits biosourcés sont ils biodégradables ?

Biosourcé et biodégradable ?

Pas forcément. Comme nous l’avons vu, un produit biosourcé signifie que la matière a été en partie ou complètement fabriquée à partir de ressources issues de la biomasse (exemple pour le PLA : résidus de cultures agricoles, canne à sucre, pomme de terre…).

De même cette caractéristique ne présume en rien du devenir du déchet en fin de vie, qui peut très bien ne pas être biodégradable.

Il faut privilégier un produit bio-sourcé qui est biodégradable dans des conditions simples et qui ne demandent pas un système industriel pour sa dégradation.

Un produit bio-sourcé n’est pas forcément la meilleure solution écologique si sa dégradation est compliquée à mettre en oeuvre. Cela va dépendre des transformations qu’il a subi tout au long de son cycle de vie : consommation d’énergie, d’eau, les déchets produits lors de l’exploitation, les pollutions et gaz à effets de serre émis.

C’est le processus mis en œuvre lors du cycle de vie, qui détermine le caractère écologique d’un produit. Ainsi, on parle en termes d’énergie grise, qui quantifie l’énergie nécessaire à la production, l’extraction, la transformation, la fabrication, le transport, la mise en œuvre, l’utilisation, l’entretien et le recyclage. 

Quoi qu’il en soit, c’est une question sociétale qu’il faut prendre en compte lorsqu’on a une entreprise qui se positionne écoresponsable.

Les impacts économiques du biosourcé

Les matières biosourcées sont plus chères que les pétro sourcés, par exemple :

• Les polymères à base d’amidon, comme le PLA coûtent 1,5 à 4 fois plus cher que les polyéthylènes pétro sourcés ;
• Le polyester biodégradable est 1,5 fois plus cher que le polyester classique ;

Le coût des materiaux biosourcés aura un impact à la hausse sur le coût final du produit.

Quels produits du quotidien sont bio sourcés ?

Vous trouverez des produits bio sourcés dans :

• la construction
• la formulation des produits (tensioactifs, solvants…)
• les produits du quotidien (fabrication d’objet)

Le gouvernement français a fait une longue étude à ce sujet en 2016. Vous pouvez la trouver ici.

Les matières biosourcées pour l’impression 3D

Le plastique biosourcé : le PLA

Le PLA fait partie des plastiques 100% biosourcés : il est issu de ressources renouvelables telles que le maïs, la pomme de terre ou la canne à sucre. L’acide lactique, obtenu par fermentation de sucre ou d’amidon, est ensuite transformé en un monomère : le lactide.

C’est la polymérisation de ce dernier qui permet d’obtenir ce matériau. Il est conditionné en fil de PLA dans une bobine, avant de passer par la tête d’extrusion de l’imprimante 3D.

Ce matériau est économique à plusieurs niveaux. Tout d’abord, il utilise très peu d’énergie lors de la fabrication. La température de fusion est de 175 °C au lieu de 300 °C par rapport à l’ABS. Le coût du fil PLA est aussi trois fois moins cher que celui de l’ABS-M30. Grâce au PLA, le prototypage devient peu coûteux, tout en conservant des bonnes propriétés de solidité des pièces.

De sucroît le PLA est biodégradable et compostable sous certaines conditions. En effet, il nécessite des températures élevées et constantes, ce qui restreint ses possibilités de fin de vie à des installations industrielles. Ainsi, comme sa décomposition est compliquée, on ne l’utilise que dans la fabrication d’objet en films assez minces et avec une quantité limitée.

Mentionnons que les filaments pour l’impression 3D FDM sont de plus en plus composés de PLA, associé à d’autres matériaux en raison de ses propriétés thermiques et mécaniques très adaptées

Les produits issus du PLA

Grâce à ses capacités polyvalentes et notamment autorisées au contact alimentaire : les usages du PLA pour ce secteur sont à l’heure actuelle les plus courants (sacs, pots, capsules, emballages, sachets pour infusions, …). Dorénavant les industriels trouvent de nouvelles façons de l’utiliser :

• la maison (revêtements de sols/ murs, rideaux, protections, textiles, sacs poubelle, sacs d’aspirateur, jouets, électroménager, lingettes, couches…),
• l’électronique (protection de smartphone, ordinateurs), les emballages, l’hygiène (lingettes, couches),
• l’agriculture (pots, films, ficelle, clips…), l’automobile (tableaux de bord, habillages),
• l’industrie (polybag, blister, bulles de calage…)

La résine biosourcée

Les résines biosourcées sont issues de ressources renouvelables végétales en remplacement de produits pétroliers. Il existe deux types de résines : époxy ou polyuréthane. 

Toutefois, la partie « bio » est à prendre avec des pincettes, car cela ne veut pas dire Agriculture Biologique. La matière biosourcée est présente entre 40 et 90% du produit total sans solvant.

Quelles sont les différentes résines biosourcées ?

• Epoxy lin : est un mélange d’huile de lin et d’autres biopolymères non chargée et sans diluants.
• La matière bio est présente  entre 60 et 85 % du produit fini suivant les formulations et selon la couleur souhaitée. La résine époxy lin est reconnue pour sa grande résistance mécanique et chimique ainsi qu’une très bonne tenue en milieu humide.
• Epolin UV : c’est une variante de l’époxy lin.
• Polyuréthane 
• Tourteaux de colza et de tournesol :C’est la première solution adhésive qui offre une alternative écologique aux produits classiques.

Que peut on fabriquer en résine biosourcée ? Des planches de surfs par exemple peuvent être fabriquées en résine biosourcée.

Le PA11, un polyamide biosourcé

Tout d’abord le polyamide c’est quoi ? Créé en 1927, il est de la même famille que le nylon et des polymères thermoplastiques. C’est pourquoi il est très utilisé dans l’industrie du textile sous différentes formes tel que le polyester depuis 1941.

Bien que le polyamide soit issu du pétrole, appelé PA12 (nylon) : ses atouts sont multiples : la solidité, l’extensibilité, la légèreté, son imperméabilité et sa tenue à la température. C’est un matériau parfait pour l’impression 3D. L’industrie est très demandeuse de ces pièces très endurantes et bon marché. 

Le PA11 est constitué d’huile de ricin. Il convient pour les produits industriels. L’impression 3D en SLS ou en MJF est 100% compatible avec ce nouveau matériau. 

Petit rappel : 

• Le FDM est la technologie à dépôt de fil, très efficace pour sortir une pièce de prototypage rapidement. Il est parfait pour un produit avec peu d’intérêt esthétique et de contraintes moyennes en torsion ou en étanchéité.
• Le SLS est la technologie à frittage de poudre laser. C’est une technologie d’imprimante 3D qui réalise d’excellent rendus.  

Vous souhaitez en savoir plus sur le FDM et le SLS ? Lisez nos articles.

Les avantages du PA11 : très solide, résiste aux chocs, utilisable dans des conditions extrêmes de température, résiste aux contraintes chimiques importantes. Le PA11 est biocompatible et peut être utilisé dans le milieu médical.

La poudre d’huître

La poudre d’huître est constituée à 99% de carbonate de calcium. Une substance qui permet de rigidifier la matière. Le laboratoire ComposiTIC en Bretagne a développé une matière à base de de polymère biodégradable souple et de poudre d’huître afin de renforcer le tout.

Les huîtres ne sont pas les seules à contenir du carbonate de calcium. On le trouve aussi dans les carrières naturelles. Mais cette entreprise a fait le choix écoresponsable de ne pas creuser les montagnes mais de privilégier l’économie circulaire. Il s’adresse à une entreprise qui récupère les déchets des ostréiculteurs du Morbihan.

Aujourd’hui, ce filament n’est pas répandu chez les industriels. Pourtant, la poudre d’huître in’est que 10 à 20% plus cher qu’un produit similaire non bio sourcé. Les jeunes start-up sont beaucoup plus engagées dans l’environnement et vont préférer se tourner vers ce type de matériaux.

Le lin

ComposiTIC a aussi créé un filament à base de poudre de lin, appelé StarFlax. Cette poudre et le PLA sont mélangés. Ce mélange permet d’augmenter la résistance aux températures très élevées.

Les avantages : il ne contient pas de perturbateur endocrinien, ce qui n’est pas le cas de beaucoup de filaments à base de plastique. Son aspect esthétique intéresse les fabricants de design et de meubles.

Fibres de bambou

Un fabricant Néerlandais a lancé un filament composé de PLA/PHA et de fibres de bambou. “ BambooFill” est une matière 100% bio sourcée. Son avantage :  le rendu à l’impression est excellent. Il a des propriétés isotropes (propriétés physiques stables quelque soit la forme imprimée). De plus, Il possède également une très bonne adhérence sur le lit d’impression avec une déformation quasi nulle.

Conclusion sur les produits biosourcés

Les matières bio sourcées existent depuis des décennies. Aujourd’hui, plus que jamais, les entreprises souhaitent les utiliser dans un but de développement durable. Le réchauffement climatique est en cours. Les industriels trouvent de nouvelles alternatives aux produits issus du pétrole.

Comme nous l’avons vu dans cet article, une matière est appelée bio sourcée si elle est issue de ressources renouvelables telles que végétale, animale, textile recyclé, résiduelle, algale. Cette matière n’est pas automatiquement biodégradable, tout dépend de la transformation qu’elle a subie. 

Il existe de nombreux matériaux bio sourcés : PLA, résines, coquilles d’huîtres, lin, bambou etc… nous en avons vu quelques-uns. Les industriels innovent dans ce domaine en continu. 

Les imprimeurs 3D sont friands de ces nouveaux matériaux. Des solutions éco responsables, en produisant à la demande un produit sur mesure. Ainsi, c’est encore mieux si la matière première est respectueuse de l’environnement.