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Brocolis, amandes, grenades ou maïs pour votre auto ou votre maison

Date de publication
16 novembre 2018
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matériaux biosourcés

Le projet BARBARA vise à développer de nouveaux matériaux biosourcés dotés de fonctionnalités innovantes grâce à l’incorporation d’additifs issus de la biomasse.

BARBARA (Bio-polymères dotés de fonctionnalités avancées pour la fabrication de pièces de construction et de véhicules automobiles) est un projet de recherche d’une durée de 36 mois au sein du programme-cadre de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne. Doté d’un budget de 2,7 millions d’euros provenant presque exclusivement de l’UE, Il réunit 10 partenaires d’Espagne, d’Italie, de Suède et de Belgique, dont notre partenaire CELABOR.

matériaux biosourcésCe projet vise à développer de nouveaux matériaux biosourcés dotés de fonctionnalités innovantes grâce à l’incorporation d’additifs issus de la biomasse. Ces nouveaux matériaux serviront de matière première pour la conception des prototypes avec des applications industrielles définies via la fabrication de filaments fondus (FFF), la technologie la plus répandue pour l’impression 3D.

Ces matériaux devront être issus de déchets ou de rebus alimentaires (légumes & fruits tels que brocolis, amandes ou grenades) ou de sous-produits agricoles (maïs) et posséder des propriétés mécaniques, thermiques, esthétiques, optiques et antimicrobiennes spécifiques nécessaires à leur
utilisation industrielle dans des secteurs très exigeants tels que le bâtiment et l’automobile.

Propriétés antimicrobiennes et colorants naturels

matériaux biosourcésLes molécules d’intérêt visées sont donc des additifs aux propriétés antimicrobiennes (polyphénols, flavonoïdes et tanins), les colorants naturels (bêta-carotènes, anthocyanes et chlorophylles), les polysaccharides et, dans une moindre mesure, les acides aminés et les acides organiques.

Ceux-ci seront incorporés dans des matrices bio-plastiques techniques à associer à des agents de résistance thermique et mécanique, à des agents de coloration et à des agents antimicrobiens.

Ensuite, elles seront incorporées dans des bio-résines obtenues à partir de la même source naturelle et utilisées pour générer des filaments nano-bio-composites pour une impression 3D.

matériaux biosourcésCompte tenu du fait qu’aujourd’hui les énormes quantités d’aliments produits jetés à la poubelle constituent un réel problème environnemental et social dans les pays développés, le projet tire sa principale valeur ajoutée de la réutilisation de ces déchets alimentaires pour la production de plastiques biosourcés.

Dès lors, il ne sera plus nécessaire de consacrer certaines cultures pour ce seul objectif: on laisse ainsi la priorité à l’alimentation humaine. Les produits biosourcés ainsi produits possèdent des potentialités industrielles et, une fois traités et renforcés par l’incorporation d’additifs respectueux de l’environnement, ils peuvent répondre aux besoins des industriels qui, à ce jour, utilisent presque exclusivement des plastiques provenant de combustibles fossiles tels que le pétrole.

matériaux biosourcésL’Union européenne génère 110 millions de tonnes de déchets animaux et végétaux par an, dont 30% proviennent des secteurs de l’agriculture, de la chasse et de la sylviculture.

Le traitement de cette énorme quantité de déchets et de sous-produits de l’industrie agroalimentaire pose un double problème économique et environnemental.

La nécessité de combiner la réduction des déchets, en particulier les déchets d’origine biologique, avec la recherche de bio-additifs et de bio-résines innovants pour améliorer les propriétés et le comportement des matériaux visant à devenir une alternative aux composites et aux polymères traditionnels, a ouvert un domaine de recherche prometteur où le projet trouve ses racines.

Pourquoi avoir choisi la construction et l’automobile?

matériaux biosourcésD’une part, l’évolution du secteur automobile, parallèlement aux tendances de la consommation, tend vers un véhicule sur mesure avec ses composants, sa forme et son design choisis, ce qui était encore impensable il y a quelques années à une si large échelle. Cela nécessite de la flexibilité, de très petits lots et des capacités d’innovation élevées. L’impression 3D peut contribuer particulièrement à ce développement.

D’autre part, chaque projet du secteur de la construction a des caractéristiques et des exigences uniques, avec des pièces devant être fabriquées sur mesure à de nombreuses occasions. Actuellement, elles sont fabriquées à partir de composites, avec des moules et des outils spécifiques. Cependant, ni l’impression 3D, ni les bio-plastiques, ne sont encore utilisés dans ce secteur.

BARBARA a notamment pour objectif de développer des prototypes-démonstrateurs tels que des poignées de porte et des tableaux de bord pour secteur automobile ou des moules pour les joints de structure utilisés dans le secteur du bâtiment.

Cette initiative contribuera également à la croissance des industries connexes dans le cadre européen de la bioéconomie et de l’économie circulaire.

Partenaires du projet BARBARA

Les partenaires du projet BARBARA couvrent l’ensemble de la chaîne du projet, des fournisseurs de déchets alimentaires et agricoles aux utilisateurs finaux de la construction et de l’automobile, ce qui est essentiel pour une bonne maîtrise de toute la chaîne, la validation des pièces de démonstrateurs réalisés dans le cadre du projet et pour le suivi global de l’efficacité et de l’impact des actions menées.

Quel rôle pour le CELABOR?

Par l’intermédiaire de son département Extraction, CELABOR, centre de recherche technique et scientifique wallon, participera aux travaux d’extraction, de fractionnement et de concentration des bio-polymères extraits du maïs et des additifs issus des bio-déchets préalablement sélectionnés.

Grâce à sa plateforme d’extraction pilote, CELABOR étudiera la montée en échelle des procédés d’extraction développés afin de fournir les bio-polymères fonctionnalisés nécessaires pour réaliser les démonstrateurs.

Forte croissance attendue pour les bio-polymères

matériaux biosourcésLes bio-polymères devraient connaître une forte croissance au cours des prochaines années et constituent l’un des principaux secteurs des produits biosourcés. À ce jour, les efforts et les recherches se sont concentrés sur la nécessité de remplacer les matériaux conventionnels à base de ressources fossiles par d’autres matériaux plus durables et biologiques, en particulier ceux à forte consommation comme, par exemple, les emballages.

Néanmoins, les capacités offertes par les bio-polymères pour développer des fonctionnalités améliorées, voire de nouvelles propriétés par rapport aux polymères fossiles, offrent de nouvelles opportunités bien au-delà de la situation actuelle, en particulier pour les niches de marché à forte valeur ajoutée. C’est ce défi que le projet BARBARA relève depuis 18 mois et continuera à relever au cours des 18 prochains mois, grâce aux travaux réalisés par les 10 partenaires internationaux.

En outre, la contribution de BARBARA ira au-delà du domaine théorique: elle inclura la fabrication de deux prototypes réels à tester dans deux secteurs différents. Ainsi, il apportera une solution à un défi urgent auquel est confrontée l’industrie globale qui est de surmonter les obstacles techniques rencontrés afin de trouver des matériaux biosourcés et biodégradables stables avec des températures comprises entre 100 et 150°C. Elles ont jusqu’à présent constitué un frein à l’utilisation de ces matériaux.

A l’heure actuelle, il n’y a qu’un seul bio-polymère disponible pour cette technologie sur le marché.

4 nouveaux matériaux biosourcés

Les entreprises et unités de recherche participant au projet BARBARA travailleront à la création de quatre nouveaux matériaux à partir de déchets alimentaires répondant aux besoins industriels, en particulier ceux des secteurs de la construction et de l’automobile.

Ces quatre nouveaux matériaux auront des propriétés adaptées aux fonctionnalités requises par ces industries pour la fabrication de leurs produits.

Plus précisément, deux bio-polyesters et deux polyamides seront créés, dotés de caractéristiques mécaniques et structurelles spécifiques pour la résistance thermique ainsi que de propriétés esthétiques spécifiques: effets texturants, colorants et optiques, ainsi que libération de parfum et effet antimicrobien.

A l’aide de la technologie 3D, trois prototypes seront imprimés : poignées de porte et tableau de bord pour voitures (avec la participation du Centre de Recherche FIAT) et moules pour joints de fermes de bâtiments (développés pour ACCIONA Infrastructures).

Un nouveau dispositif d’impression 3D

Ce projet contribuera également directement à quatre technologies de base essentielles: la biotechnologie, les nanotechnologies, les matériaux avancés et les technologies de fabrication avancées, qui sont les fondements d’un large éventail d’industries.

Pour développer ces prototypes, le projet BARBARA développera un nouveau dispositif d’impression 3D FFF, qui incorporera un contrôle de la pression et de la température tout en appliquant un faisceau de plasma froid. Cet élément de pointe, développé par AITIIP, améliorera l’adhérence entre les couches imprimées et contribuera à réduire les lignes de porosité, empêchant ainsi le délaminage (le détachement de différentes couches) et l’anisotropie (changement de propriétés en fonction de la direction d’application).

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