Du plastique... fait avec du bois

Pare-chocs de voiturevoiture, casques de protection et briques de Lego ont une chose en commun : ils sont moulés dans une matière plastique à la fois légère et résistante, un polymèrepolymère appelé ABSABS, pour acrylonitrile butadiène styrène. Et c'est bien là que le bât blesse. Car le plastiqueplastique ABS présente l'inconvénient d'être produit à l'aide de dérivés du pétrolepétrole. La situation semble ne plus convenir au géant du jouet danois Lego qui a annoncé, à l'été 2015, un investissement de quelque 135 millions d'euros et un recrutement d'une centaine d'ingénieurs pour mettre au point un nouveau plastique sans pétrole, plus respectueux de l’environnement. À en croire l'annonce de chercheurs américains de l'Oak Ridge National Laboratory, la solution pourrait venir de la ligninelignine, l'un des principaux constituant du boisbois.

La lignine est un polymère naturel. Après la cellulosecellulose, elle est le deuxième biopolymère renouvelable le plus abondant sur TerreTerre. Mais elle est loin d'être exploitée à sa juste valeur. Alors, les chercheurs de l'Oak Ridge National Laboratory se sont intéressés à l'une de ses principales caractéristiques physiquesphysiques. La lignine confère en effet au bois sa rigiditérigidité. Les chercheurs américains ont donc pensé l'utiliser pour produire une matièrematière plastique meilleur marché et plus propre que le plastique ABS avec, qui plus est, des performances au moins égales de fusibilité, de ductilitéductilité et de moulabilité et même des performances bien supérieures de résistancerésistance.

Le plastique à base de lignine conçu par les chercheurs de l’Oak Ridge National Laboratory est « vert » en ce sens qu’il compte 50 % de composants renouvelables. Il est également recyclable au moins trois fois, sans perdre de ses qualités. © Yves Tennevin, Flickr, CC by SA 2.0

De la lignine « trempée »

La lignine, cependant, est un polymère plutôt fragile. Il fallait trouver le moyen de la « tremper », au sens que donnent à ce mot les métallurgistes. Les chercheurs américains ont dispersé des morceaux de lignine de dimensions nanométriques dans une matrice de caoutchouc synthétique. Pour coupler les deux, ils n'ont pas eu à faire appel à des solvants. En effet, le caoutchouccaoutchouc butadiène-acrylonitrile - encore appelé caoutchouc nitrile - qu'ils ont utilisé et la lignine présentent des groupes chimiques dans lesquels les électronsélectrons sont inégalement distribués et sont donc susceptibles d'interagir entre eux.

Après avoir malaxé le mélange en fusionfusion, les chercheurs de l'Oak Ridge National Laboratory ont observé la formation de structures à base de lignine de 10 à 200 nanomètresnanomètres de long qui se sont mises à interagir avec le caoutchouc nitrile. Le résultat : une matière plastique baptisée ABL - acrylonitrile butadiène lignine - ne présentant plus ni toutes les propriétés du caoutchouc, ni celles de la lignine mais une combinaison intéressante mêlant la rigidité de la lignine à l'élasticitéélasticité du caoutchouc.

Pour préciser leurs travaux, les chercheurs américains ont étudié les conséquences de diverses variations de paramètres sur le matériaumatériau obtenu en fin de processus. Ils ont ainsi déterminé que la lignine issue de feuillusfeuillus, comme le chêne, présente une stabilité thermiquestabilité thermique optimale. Ils ont aussi conclu que la proportion idéale d'acrylonitrile dans le mélange se situe autour de 41 %. Quant à la température du mélange, mieux vaut la garder entre 140 et 160 °C.

Reste désormais à pousser plus loin les investigations pour déterminer, entre autres, comment exploiter au mieux, par exemple, les sous-produits de l'industrie papetière pour alimenter une potentielle production industrielles d'ABL. Ou encore pour étudier les performances de cette nouvelle matière plastique dans des matériaux composites renforcés de fibres de carbonefibres de carbone.