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Chanvre : des plastiques composites à base de fibres végétales

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L'incorporation de fibres végétales (bois, lin, chanvre) dans les matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables en remplacement des fibres de verre est un concept déjà industrialisé et commercialisé. On trouve ces composites dans les meubles de jardin, les bardages, les plinthes et huisseries, les pièces d'habillage intérieures d'automobiles de marques françaises ou étrangères. Parmi les diverses sources fibreuses utilisées, le chanvre est particulièrement performant grâce aux propriétés mécaniques de ses fibres longues, mais aussi aux qualités agronomiques de la plante. En collaboration avec la Chanvrière de l'Aube, Agro-industrie recherches et développements (ARD) et AFT plasturgie, leader en France pour l'utilisation du chanvre en plasturgie, les chercheurs de l'INRA de Reims étudient les propriétés des fibres ainsi que l'aptitude du chanvre à la transformation pour la production de matériaux composites.

Chanvre © WWF.Fr

La cohésion entre les fibres végétales et la matrice : un verrou technologique en plasturgie

Une des difficultés de la fabrication des composites est de créer une bonne adhésion de la fibre végétale à la matrice. La cellulose, principal constituant de la fibre végétale, est peu compatible avec les matrices thermoplastiques, en particulier avec le polypropylène très couramment utilisé en plasturgie. Pour permettre les interactions entre ces deux composants, AFT plasturgie a développé un procédé original de conditionnement des fibres de chanvre permettant d'obtenir une bonne interface fibres/polymères sans modification chimique des composants. Pour conforter cette innovation technique, les chercheurs de l'INRA s'intéressent aux propriétés intrinsèques mécaniques, physiques et chimiques des fibres qui participent directement à la formation d'une interface de qualité.

L'apport des connaissances en biologie structurale de la paroi végétale pour la transformation et l'utilisation des fibres de chanvre

Les chercheurs utilisent leurs connaissances de la composition, de la structure de la paroi végétale et de la réactivité des polymères pour tenter de reproduire des interfaces matrice-fibres en s'inspirant du modèle "idéal" qu'est la plante. En effet, les tiges de chanvre sont elles-mêmes des structures composites formées de polymères de cellulose enchâssés dans une matrice de différents polysaccharides et de lignines. Savoir utiliser au mieux les propriétés de ces assemblages moléculaires est un challenge important de la chimie verte.

Une première approche concerne l'étude de la fibre de cellulose elle-même, qui possède des propriétés différentes, selon les cultivars employés (étude réalisée par la Chanvrière de l'Aube) et selon les procédés d'extraction utilisés (étudiés par ARD).

Une autre approche consiste à utiliser des molécules "liantes" de la paroi comme les lignines afin de modifier les propriétés de surface des fibres. Là aussi, les différentes méthodes d'extraction utilisées permettent de disposer d'une palette de molécules aux propriétés contrôlées (INRA-ENSIACET, Toulouse). Les essais sont en cours à l'échelle du laboratoire. La qualité des molécules, les mécanismes mis en jeu seront ensuite déterminés et la validation des procédés se fera sur les équipements pilotes et industriels des partenaires associés aux divers projets.

Valorisation de la plante entière

Le chanvre représente un bon exemple de valorisation de la plante entière. En effet, les fibres longues, essentiellement cellulosiques, sont utilisées en industrie papetière pour la fabrication de papiers spéciaux très fins et résistants (bibles, monnaie, filtres). La partie centrale de la tige, ou chènevotte, est constituée par l'équivalent d'un bois. Elle est utilisée pour les litières animales, mais aussi en construction (bétons de chanvre). La graine, ou chènevis, sert de nourriture en oisellerie mais permet surtout la production d'une "huile de goût" alimentaire de très grande qualité (La Chanvrière de l'Aube).

Les biomatériaux renforcés en fibres constituent un nouveau débouché pour le chanvre. Ils se déclinent aujourd'hui sous des objets aussi variés que des hélices de refroidissement, des tableaux de bord de scooter ou des matériaux d'emballage. Plus généralement, un véhicule peut contenir plusieurs kilos de ces matériaux à base de fibres végétales comme le chanvre mais aussi le lin, le sisal ou l'abaca : accoudoirs, tablettes arrières, médaillon de porte, dossier de siège.

En combinant la chimie, la science des matériaux, la biologie et l'agronomie, les recherches de l'INRA participent à cette logique de valorisation de la plante entière, en exploitant complètement les propriétés de tous les constituants de la tige de chanvre, des fibres longues de cellulose aux lignines.

Enfin, l'INRA a par ailleurs effectué en 2005 pour le compte du Ministère de l'Agriculture et de la Pêche une analyse du cycle de vie sur les composites et matériaux de construction à base de chanvre.

Les avantages agronomiques et environnementaux du chanvre

Le chanvre est une plante "étouffante" qui empêche le développement des adventices et qui est très résistante aux maladies et aux parasites. Sa culture laisse une terre "propre", ameublie en profondeur. Elle ne réclame l'usage d'aucun pesticide : fongicides, herbicides, insecticides et se déroule sans entretien de mai à août. Elle est un excellent précédent au blé ou au colza dans les assolements. La France est le premier producteur en Europe pour la production de chanvre, avec environ 9 100 ha cultivés en 2005.

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