A Grenoble, le Centre technique du papier libère le pouvoir de la fibre (de cellulose)

Grâce aux travaux menés par le Centre technique du papier de Grenoble (Isère), les papiers cartons deviennent de plus en plus performants. Au point de remplacer le plastique dans des applications qui lui étaient réservées comme dans l'emballage.

Laurent Rousselle

Publié le 9 septembre 2020 à 10h00

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Le Centre technique du papier développe les papiers de demain — A Grenoble, le Centre Technique du Papier (CTP) teste une unité pilote qui confère à la cellulose un effet barrière grâce au greffage de molécules d'origine végétale.

Installés sur le campus universitaire de Grenoble, la centaine de chercheurs et ingénieurs du Centre de Technique du Papier (CTP) préparent l’avenir. Dans les sous-sols du bâtiment, des machines, bien souvent uniques, explorent les pouvoirs encore inconnus du bois. "Nous passons des idées de recherche fondamentale aux solutions industrielles", résume Guy Eymin-Petot-Tourtollet, le directeur de l’innovation et de la prospective, citant des collaborations avec le CNRS, le CEA et d’autres centres de recherche. Que cela soit pour des applications dans l’emballage, la construction, l’agriculture, l’électronique imprimée… le centre de recherche explore à 360°.

"La transversalité de nos expertises est l’une de nos grandes richesses. 50 ingénieurs travaillent dans neuf grands domaines qui se croisent", précise Sandrine Pappini, responsable de la communication qui ajoute : "30 % des idées sont transformées en projets. Une fois la preuve de concept réalisée, entre un et trois seront ensuite industrialisées".

Vers une nouvelle génération de matériaux biosourcés

Extrait de forêts écogérées, bien recyclé -avec un taux supérieur à 70% en France-, (près de 90% pour l’emballage) le papier carton est un matériau plein de promesses. Notamment dans le domaine de l’économie circulaire. Le "contrat d’objectifs et de performances" qui encadre l’activité du centre pour une période de quatre ans va d’ailleurs dans ce sens.

Tous les indices

Depuis 2020, jusqu’à la fin 2023, le CTP contribuera à une "bioéconomie circulaire pour une industrie durable". Parmi ses trois objectifs, le centre de R&D du papier carton est attendu pour développer une nouvelle génération de matériaux biosourcés alternatifs aux plastiques. Une bonne nouvelle pour les utilisateurs et producteurs de papier carton. Les dernières réglementations française et européenne visant à réduire la pollution plastique et à privilégier la circularité des ressources, poussent en effet les industriels à revoir leur modèle. Le choix des matériaux se situe au cœur des réflexions. Notamment dans l’emballage.

Fonctionnaliser les emballages sans plastique

Imaginer le conditionnement de demain représente donc un enjeu de premier plan pour les spécialistes du CTP. Ces dernières années, plusieurs technologies ont vu le jour pour apporter, entre autres, des fonctions aux papiers et aux cartons. Les experts du centre savent désormais rendre la matière imperméable, créer des barrières aux gaz, aux graisses, aux arômes… avec des procédés dont certains sont entièrement cellulosiques. Une petite révolution. Ces propriétés, intégrées depuis longtemps dans nos gobelets, barquettes, et autres boites de restauration rapide, ont toutes en commun de résulter d’une enduction plastique ou d’un laminage. Il en résulte des emballages complexés, multi matériaux, bien souvent difficiles à recycler.

Cellulose en 3D et haute cadence

REA_289193_021 REA_289193_021 (Francois HENRY/REA/Francois HENRY/REA)

"On a l’expertise des matières premières fibreuses pour trouver la bonne composition et de la chimie qui va donner les bonnes propriétés", explique Philippe Ritzenthaler, directeur des opérations, en montrant une barquette moulée. Rien d’extraordinaire à première vue si on se réfère aux boites d’œufs que tout le monde connaît. Pourtant, mouler la cellulose possède un grand potentiel. "Il y a un besoin de repenser le contenant à usage unique", considère Sandrine Pappini. Pour faire des plats, des plateaux, des barquettes, des assiettes et pourquoi pas des pots de yaourts comme dans l’ancien temps…la cellulose en trois dimensions réalisée par formage produit des objets, à la fois légers, et agréables au toucher. Elle garantit aussi la recyclabilité et la biodégradabilité. Mais faut-il encore que la technique soit industrialisable. "L’un des enjeux de la mise en forme en 3D est le séchage qui freine pour l’instant les productions à haute cadence", explique Philippe Ritzenthaler.

Une mousse pour remplacer le polystyrène dans le calage

REA_289193_022 REA_289193_022 (Francois HENRY/REA/Francois HENRY/REA)

Un peu plus loin, une pièce arrondie en volume surprend par sa légèreté, moins de 20kg/m3. Elastique, la matière reprend lentement sa forme après une pression. L’objet est entièrement conçu à partir d’une mousse cellulosique. Le projet, qui en est encore à ces débuts, vise, par exemple, à proposer cette mousse expansée comme alternative aux solutions de calage en polystyrène. Elle pourrait aussi apporter des propriétés isolantes à des emballages alimentaires. Et pourquoi pas l’envisager dans le bâtiment à la place de la mousse polyuréthane ? "Le polyuréthane se fait sans solvant quand la cellulose est imprégnée d’eau pour être mise en forme. Tout le challenge pour nous consiste à l’évacuer", indique encore Philippe Ritzenthaler.

Quand le papier devient Gore-tex

REA_289193_024 REA_289193_024 (Francois HENRY/REA/Francois HENRY/REA)

A l’étage, Philippe Martinez, chef de projet, dépose une goutte d’eau sur deux serviettes en papier en apparence identiques. La première absorbe naturellement le liquide avant de laisser une tache foncée. Sur la seconde, la goutte glisse comme sur un vêtement Gore-Tex. Ce résultat est obtenu grâce à la chromatogénie. Une technologie inventée il y a une vingtaine d’année par un chercheur français reprise par le CTP qui a poursuivi les recherches et conçu un prototype de machine pour la démocratiser. "On dépose quelques gouttelettes d’une huile végétale réactive, comme si on déposait de la cire pour rendre le papier hydrophobe", synthétise le responsable. Ainsi, le substrat est traité dans sa masse. Quelques gouttelettes sur une surface et c’est l’ensemble du matériau qui est traité. "On en termine avec le problème d’absorption par les tranches", indique le responsable du pilote, faisant référence aux inconvénients liés aux procédés de pelliculage polymère courant dans l’industrie.

Une machine pour l'europe

Deux approches pas forcément incompatibles. Si transformer un papier naturellement absorbant en matériau hydrophobe et déperlant est une chose, la chromatogénie permet d’aller plus loin. Combinée justement avec une très faible quantité d’alcool polyvinylique (PVOH), un polymère hydrosoluble apprécié des industriels de l’emballage pour faire barrières aux graisses et à l’oxygène, la technologie ouvre un vaste champ des possibles. Il suffit d’imaginer une barquette en cellulose moulée, traitée par chromatogénie, avec une infime quantité de PVOH, pour comprendre les bénéfices que pourraient tirer certains acteurs de l’agroalimentaire. "Nous utilisons entre 0,2 et 0,4 gramme par mètres carré de PVOH quand ce sont entre cinq et 10 grammes qui sont utilisés normalement lors d’une enduction plastique". Etonnamment, si la technologie est née en France, c’est pour l’instant en Corée qu’elle trouve ses premières applications. Un industriel au nom confidentiel a mis au point deux équipements dont l’un est utilisé pour supprimer le silicone des supports d’étiquette. En Europe, "une troisième machine est actuellement en cours d’installation", annonce Sandrine Pappini, sans dévoiler le nom de la société derrière le projet.

Microfibrilles de cellulose et solution 100 % biosourcée

REA_289193_031 REA_289193_031 (Francois HENRY/REA/Francois HENRY/REA)

L’enjeu concernant les fonctionnalités barrières dans l’emballage sont telles que le CTP multiplie les axes de recherche. Depuis le début de l’année, un équipement pilote dédié à la lamination humide ouvre une nouvelle voie. "L’idée consiste à prendre des cartons standards approuvés pour leur propriétés mécaniques et de leur apporter un complément de traitement barrière aux graisses, à l’oxygène et à tous les contaminants volatiles, arôme et odeurs", résume David Guérin, manager de l’équipe surfaces et produits fonctionnels. "On produit un matériau stratifié, cellulose sur cellulose, avec deux tailles d’éléments fibreux, l’un pour les propriétés mécaniques et la rigidité, l’autre pour la barrière", explique le responsable du projet faisant référence aux microfibrilles de cellulose (MFC). Obtenus par un procédé mécanique, ces éléments, plus petits que de la pâte raffinée, possèdent toutes les qualités pour se substituer aux plastiques. Les premières applications sont envisagées pour les emballages de produits secs ou gras comme les cacahuètes ou les gâteaux apéritifs. Un début. "La prochaine étape est d’avoir une machine cinq fois plus grosse avec une cadence 100 fois plus rapide".

Une perspective possible sous réserve qu’un accord industriel permette de le financer. Le responsable est confiant. "Aujourd’hui, la règlementation pousse à faire ce qu’on sait faire". Les récentes mesures du plan de relance consacrées à l’ "Investissement dans le réemploi et le recyclage", visant à accompagner la réduction de l’utilisation du plastique aussi.