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1Innov’Days / LB / 11 juin 2015

CONFIDENTIEL – Droit et propriété de Natureplast

Les bioplastiques: Etat de l’art

Matériaux, marchés et applications



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Présentation

NATUREPLAST

� Basée à Caen (en Basse Normandie).

� SAS au capital de 174 666€.

� Création de la structure : 2006.

� Clients : plusieurs centaines de structures

(plasturgistes, centres techniques/universités,

donneurs d’ordres…).

EQUIPE : 5 personnes (3 collaborateurs

techniques et scientifiques et 2

commerciaux).

BIOPOLYNOV

� Basée à Caen (en Basse Normandie).

� SASU au capital de 30 000 €.

� Société fille à 100% de Natureplast.

� Création de la structure : 2010.

� Agrément CIR (Crédit d’Impôt Recherche).

� Statut de JEI (Jeune Entreprise Innovante).



Présentation

Notre vocation est d’accompagner les industriels fr ançais et européens (transformateurs et

utilisateurs finaux) dans le transfert de technolog ie vers les bioplastiques.



Présentation



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Bioplastique ?

« Un bioplastique est un polymère biosourcé et/ou

biodégradable. Il existe donc 3 grandes familles de

bioplastiques :

– Polymères biosourcés et biodégradables.

– Polymères biosourcés et non biodégradables.

– Polymères issus du pétrole et biodégradables. »

Quelques définitions



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Biodégradable / Compostable ?

Un matériau est dit biodégradable s’il peut être décomposé sous l’action

de micro-organismes (bactéries, champignons, algues, etc.). Le résultat est la formation d’eau, de CO2 et/ou de méthane et éventuellement de sous-produits (résidus, nouvelle biomasse) non toxiques pour l’environnement. (Fiches Techniques, ADEME, 2012).

Un matériau est dit compostable industriellement s’il répond à la norme NF EN13432:2000 qui définie des performances à atteindre dans certaines conditions de biodégradation (températures, durée, etc.).



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15 jours

30 jours

45 jours

0 jour




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Biosourcé (Fiches Techniques, ADEME, 2013) :

Part d’un produit d’origine totalement ou partiellement renouvelable, i.e.

issue de la biomasse. Elle peut représenter une proportion très variable du matériau, aucun seuil minimum n’étant spécifié aujourd’hui pour l’utilisation de cette dénomination



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D’après R. Narayan, Michigan State University, EPF 4th Summer School, Gargnano (Italie), 2009

CO2

Ressources fossiles

(pétrole, charbon,

gaz naturel)

Biomasse

Polymère, Chimie,

Carburant, Energie

> 106 ans

Industrie chimique

1-10 ans

Industrie du

biosourcé



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Les familles de bioplastiques

BiodégradablePBATPCL

PBSA

PBS, TPS, Compound base amidon, Esters

Cellulose, BioTPE

PLA, PHAs

Non biodégradable

PE, PP, PS, PET, PVC,

PUR, PC, ABS, PA, etc.

BioPET, BioPA, BioPC, BioTPU/TPE,

PTT, HybridesBioPE, BioPA-11

Situation en 2014

Non biosourcé Partiellement biosourcé

Biosourcé



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Marché des bioplastiques

• Production annuelle de bioplastiques (2014) : 1,67 millions de tonnes (soit 0,7 % du marché mondial – 250 millions de tonnes en 2013).



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Développé à l’origine pour Coca-Cola en 2009 pour sa marque d’eau Dasani, le BioPET est à 30% d’origine végétale en masse (monomère éthylène glycol). Le BioPET présente les mêmes propriétés que le PET pétrosourcé.

La ressource utilisée est la mélasse ou des résidus de l’industrie sucrière. Le BioPET reste non biodégradable et surtout 100% recyclable.

BioPET



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BioPET



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Issu à 100 % de ressource végétale (canne à sucre), il n’est pas biodégradable ni compostable tout en restant recyclable.

Il est disponible commercialement depuis début 2010 et existe en version basse et haute densité. Les matériaux ainsi obtenus possèdent les mêmes propriétés que les équivalents pétrosourcés

BioPE



2020

BioPE



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Les Polyamides biosourcés (et non biodégradables) sont utilisés industriellement depuis plusieurs dizaines d’années (Rilsan d’Arkema) dans des applications techniques (sport, loisirs, transports, électronique, etc.).

Aujourd’hui, tous les producteurs de Polyamides ont dans leur gamme certains matériaux au moins partiellement biosourcés (PA 11, PA 12, PA 10, PA 6-10, etc.).

Les monomères biosourcés sont soit des acides aminés (à partir de

l’huile de ricin) ou des acides carboxyliques (ex : acide sébacique)

BioPA



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BioPA



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Le PLA est un polyester thermoplastique produit à partir de l’amidon de maïs et

nouvellement à partir de betterave sucrière. Celui-ci est transformé en sucres qui

sont ensuite fermentés en acide lactique puis polymérisés en dimère cyclique

(Lactide) et finalement en PLA.

Le PLA est un polymère 100 % biosourcé et 100 % compostable industriellement.

Polyacide lactique (PLA)



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Propriétés du PLA :

• Matière 100% biosourcée et compostable ; dégradation très lente en sol.

• Matière rigide (= PS) et transparente jusqu’à quelques millimètres.

• Résistance thermique environ 50°C en utilisation.

• Propriétés barrières à la vapeur d’eau (WVTR) faibles.

• Propriétés de rétractation équivalentes au PETG.

• Facilité de mise en œuvre (thermoformage, injection, soufflage…)




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Les PHAs sont une famille de polyesters thermoplastiques aujourd'hui produits

principalement à partir d’amidon de maïs. A la différence du PLA, la fermentation

bactérienne produit directement le polymère.

La famille des PHAs est composée de nombreux matériaux à la structure chimique proche,

les plus utilisés étant les PHB et PHBV.

Les PHAs sont des polymères 100 % biosourcés et 100 % biodégradables et compostables.

Polyhydroxy alcanoates (PHAs)



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Propriétés des PHAs :

• Matières 100% biosourcées , biodégradables et compostables.

• Matières rigides à souples et opaques à translucides.

• Résistance thermique jusqu’à 120°C en utilisation.

• Propriétés barrières équivalentes polyoléfines.

• Mise en œuvre délicate.




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La famille des biopolyesters biodégradables regroupe un ensemble de polymères

fabriqués à partir de ressources fossiles et/ou végétales et dont la structure

chimique leur permet d’être biodégradables et compostables.

Les principaux matériaux disponibles sont aujourd’hui :

• Le PolyButylène-co-Adipate-co-Térépthalate : PBAT

• Le PolyButylèneSuccinate : PBS

• Le PolyButylène-co-Succinate-co-Adipate : PBSA

Biopolyesters



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La plupart des monomères utilisés pour leur fabrication seront obtenus à moyen

termes à partir de ressources végétales.

Le PBS est déjà commercialisé à un taux de 38% biosourcé (partie acide

succinique).

La gamme aujourd’hui élargie de matériaux disponibles permet d’obtenir les

propriétés recherchées avec l’arrivée de grades de PBS injectables.

La balance entre les motifs aromatiques (acide téréphtalique…) et aliphatiques

(butanediol, acide succinique…) va dicter les propriétés futures du matériau.

Les biopolyesters peuvent être classés en deux familles :

• Ceux étant principalement injectables : PBS…

• Ceux étant principalement extrudables : PBAT, PBSA, PCL…

Biopolyesters



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Propriétés des biopolyesters :

• Matériaux biodégradables et compostables.

• Bonnes propriétés mécaniques et résistance aux chocs.

• Tenue thermique pouvant dépasser 90°C.

• Matériaux translucides à opaques.

• Mauvaises propriétés barrières.

• Facilité de mise en œuvre pour la plupart (tous procédés).

Biopolyesters



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Biopolyesters



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Les bioélastomères sont une famille de matériaux dans laquelle on retrouve

différents élastomères thermoplastiques (BioTPE) biosourcés et/ou

biodégradables ainsi que des élastomères de Polyuréthanes thermoplastiques

(BioTPU) partiellement biosourcés.

Les BioTPE sont principalement obtenus par modifications chimiques (extrusion

réactive…) de biopolyesters ou combinaisons d’huiles et polyols d’origines

végétales.

Les BioTPU sont issus de la réaction d’un isocyanate pétrosourcé et d’un Polyol

biosourcé provenant d’huiles végétales :

Alcool biosourcé

Bioélastomères



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• Biodégradables selon les critères des normes telles que la EN 13432:2000 pour certains

BioTPE (biosourcés jusqu’à environ 40%).

• Biosourcés jusqu’à 60% pour les BioTPU en fonction des polyols utilisés et 100% pour

certains BioTPE non biodégradables.

• Grande souplesse (propriétés élastomériques) et faible duretés (jusqu’à 50 Shore A).

• Bonne résistance à l’abrasion.

Propriétés des bioélastomères :

Bioélastomères



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Bioélastomères



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La cellulose est utilisée depuis plusieurs dizaines d’années pour la production

de matières premières et de film plastiques (Cellophane).

On retrouve actuellement sur le marché la cellulose sous deux principales

formes:

• Film biosourcé et biodégradable et compostable : produits

Natureflex de chez Innovia Films. Ces films présentent de très

bonnes propriétés barrières et une bonne transparence.

• Esters de cellulose non biodégradables utilisés principalement

sous forme de plaques et en injection moulage : acétate,

propionate, butyrate de cellulose… Ces matrices sont transparentes,

et ont des propriétés équivalentes à un ABS (mécanique,

thermique…) mais ont un prix élevé (> 5 €/kg).

Producteurs :

• Innovia Films : environ 20.000 tonnes / an.

Cellulose et dérivés



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Cellulose et dérivés



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• Mélanges sur base amidon :

L’amidon plastifié (par du glycérol ou autre) est utilisé principalement en mélange avec des polymères souples issus du pétrole et biocompostables (biopolyesters) pour améliorer les propriétés mécaniques.

L’amidon peut également être utilisé à l’état natif en tant que charge dans ces mêmes polymères.

Compounds



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Propriétés des bases amidon :

Compounds

• Matériaux partiellement biosourcés, biodégradables et compostables.

• Bonnes propriétés mécaniques et résistance aux chocs.

• Tenue thermique pouvant dépasser 90°C.

• Matériaux translucides à opaques.

• Mauvaises propriétés barrières.

• Grande sensibilité à l’eau.

• Facilité de mise en œuvre pour la plupart (tous procédés).



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Applications des mélanges sur base amidon :

Compounds



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Données marché bioplastiques

Production monde 2011 Prix matière première

BioPET ~450 000 tonnes 2 - 2,5 €/kg

BioPE ~200 000 tonnes 2 - 2,5 €/kg

BioPA ~20 000 tonnes 7 - 12 €/kg

PLA ~187 000 tonnes 2 - 3 €/kg

PHA ~19 000 tonnes 4 - 7 €/kg

Biopolyesters ~30 000 tonnes (PBS) 4 - 6 €/kg

Bioélastomères Quelques milliers de tonnes >6 €/kg

Cellulose et dérivés ? (~20 000 tonnes films) >5 €/kg

Compounds base amidon ~130 000 tonnes 3 - 6 €/kg



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Perspectives et conclusions

Pourquoi utiliser des bioplastiques ?

• Intérêt écologique :

– Tendance vers la substitution des monomères fossiles.

– A terme, utilisation de ressources non alimentaires pour la production des matériaux.

– Moins d’émission de gaz à effet de serre: meilleur bilan carbone.

– Options de fin de vie : recyclabilité et biocompostabilité (pour la plupart).

• Intérêt pour l’entreprise / produit :

– Nouveaux axes de communication pour l’entreprise sur ses valeurs.

– Engagement de l’entreprise dans une véritable démarche de développement durable / Innovation

– Communication par les médias (TV / presse / radio).

– Peut permettre un avantage technique (biodégradabilité…).



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Perspectives marché et développements :

– Très forte augmentation des capacités de production dans les années à venir.

– Une tendance va vers les biosourcés non biodégradables : matériaux déjà connus donc facilement transposables.

– La majorité des polymères conventionnels seront partiellement biosourcés d’ici quelques années.

– L’élargissement des applications et le lancement de la part de grands donneurs d’ordres de projets en bioplastiques incitera un grand nombre de suiveurs à ne pas rester en marge de ces développements : les premiers projets voient le jour (Coca, Danone, etc.).



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Perspectives technologiques :

– Projets de créations d’unités de production : l’Asie et l’Amérique du Sud sont très actives, notamment sur le BioPET et le PLA.

– Développement de nouveaux types de bioplastiques et additifs de part les travaux de recherche mondiale : travaux sur les déchets et la biomasse non valorisée en général.

– La R&D permet d’améliorer les propriétés des bioplastiques pour leur permettre d’atteindre d’autres secteurs d’applications.

– Développement des filières de compostage ou de recyclage avec l’augmentation des volumes mis sur le marché.




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Merci de votre attention

www.natureplast.eu

www.biopolynov.com

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