Depuis quelques années, des nouveaux matériaux polymères ont fait leur apparition. Biosourcés, ils offriraient une alternative aux plastiques conventionnels. Mais sont-ils vraiment plus écologiques ? Valérie Massardier, chercheure au laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères¹ est co-porteure du projet « Bioloop ». Menée en collaboration avec deux autres laboratoires, le GREDEG et Triangle, l’étude s’attache à montrer les freins dans le développement des bioplastiques. Pourquoi nos emballages à usage unique ne sont-ils pas (encore) tous fabriqués en plastique biosourcé ? Valérie Massardier répond.

Qu’appelle-t-on un plastique biosourcé et quelle est la différence avec les plastiques qui constituent les emballages de notre quotidien ?
Les « bioplastiques » désignent des polymères fabriqués à partir de la biomasse, partiellement ou totalement. D’origine végétale ou animale, les biopolymères peuvent provenir de différentes molécules comme la caséine du petit lait, d’acide lactique extrait de l’amidon de maïs, de chitosane présent dans les carapaces de crevettes… En fait, on distingue deux types de plastiques biosourcés. Il y a ceux qui imitent les matériaux pétrochimiques comme les « PE » ou « PET » qui constituent la majorité de nos emballages. Ces derniers polymères peuvent être obtenus à partir de pétrole ou de biomasse. Et puis il y a les nouveaux, les polymères « drop in » : ceux qui n’ont jamais été produits à partir de pétrole. Ces polymères « de rupture », biosourcés, sont souvent biodégradables. Concrètement sur le marché, il y a encore peu de bioplastiques. On estime qu’ils représentent 1 % à 2 % de la production mondiale.

Pourquoi ces matériaux « de rupture » peuvent-ils être une ressource intéressante pour le futur ? 
Face à l’épuisement des stocks de ressources fossiles, ces matériaux promettent une certaine indépendance au pétrole, dont nous ne disposons pas directement en Europe. Cependant, cet affranchissement de la pétrochimie serait partiel, car pour extraire des éléments de la biomasse comme l’amidon de maïs, notre agriculture a besoin de carburant, de produits phytosanitaires généralement issus du pétrole… D'autre part, la plupart des biosourcés se dégradent plus facilement que les plastiques conventionnels. On peut imaginer des objets qui tirent parti de cette propriété comme les films de paillage pour l’agriculture, pour remplacer ceux en polyéthylène qui libèrent des microplastiques relativement stables dans les sols.

Pourquoi ces bioplastiques ne sont-ils pas plus largement développés ? 
Dans le cadre du projet Bioloop, deux étudiants stagiaires ont étudié les freins qui empêchaient le développement de l’acide polyactique (PLA), un substitut utilisé pour des emballages alimentaires. Il semblerait que le problème soit davantage d’ordre économique et marketing. Benjamin Sandei, en 5^e année en Sciences et Génie des Matériaux s’est d’abord intéressé à la recyclabilité du PLA. Il a pu montrer que c’était un polymère plutôt facile à recycler mécaniquement : malgré un petit jaunissement de la matière, les propriétés mécaniques restent bonnes. Donc sur le plan technologique, le PLA est recyclable, mais dans la tête des consommateurs, un plastique jauni peut correspondre à un matériau dégradé, potentiellement mauvais pour la santé. Les metteurs sur le marché pourraient donc être plus frileux à réutiliser ces matériaux, mal perçus par les consommateurs. D’un autre côté, les polymères biosourcés restent encore trop peu développés, limités à des applications de niche. Ils ne peuvent pas s’intégrer dans les filières traditionnelles de recyclage dont ils sont considérés comme des « perturbateurs ».

Donc les plastiques biosourcés ne sont finalement pas si écologiques qu’ils le laissent penser ? 
À l’heure actuelle, un emballage biosourcé en polylactide (PLA) aura une fin de vie moins positive qu’un plastique pétrosourcé lorsqu'il s'agira de conserver le "stock matière" pour alimenter les industries. Récemment, la société Yumi, productrice de jus de fruits mettait sur le marché des bouteilles fabriquées à partir de PLA : elle s’est vu pénalisée par une taxe en raison du matériau utilisé, non compatible avec les infrastructures de recyclages actuelles. En fait, ces matériaux font face à une sorte de paradoxe où les entreprises voudraient bien faire en utilisant du biosourcé, mais d’un autre côté, le modèle n’est pas encore prêt à les accueillir. Les recycleurs attendent que les plastiques soient très utilisés par les metteurs en marché pour que leur recyclage soit rentable. Mais peut-on parier que le développement du PLA permettra de développer des filières de recyclage adaptées à ce dernier ? Léa Barbaut, en Master 2 Management de l'Innovation au sein du projet Bioloop a étudié la question : c’est un cercle vicieux aujourd’hui qu’il convient de transformer en un cercle vertueux.

Il faudrait donc tendre vers une économie circulaire pour que les bioplastiques soient vertueux. Quid de la loi anti-gaspillage qui fixe l’objectif de recycler 100 % des plastiques d’ici 2025 ?
Il est clair que pour avoir des économies d’échelle, il faut que ces matériaux de rupture émergent réellement. La diffusion de ces nouveaux polymères ne sera viable, tant sur le plan technologique qu'économique, que s’ils sont recyclables et recyclés. Tant qu’il n’y aura pas d’intérêt économique à les développer dans une perspective d’économie circulaire, ce sera difficile de basculer vers des filières spécifiques. C’est l’avis des économistes qui doivent nous guider dans l’orientation de nos recherches sur de nouveaux polymères. Dans tous les cas, il me semble important de souligner que le constat est toujours le même : une démarche durable implique de produire et consommer moins de plastiques, qu'ils soient issus de la biomasse ou du pétrole.

Laboratoire De Nouveaux Polymères BIOsourcés pour une Économie Circulaire
Le projet Bioloop (Projet PRIME - MITI du CNRS) est mené au sein de trois laboratoires : Ingénierie des Matériaux Polymères (INSA Lyon/Lyon1/CNRS), le Groupe de Recherche en Droit, Économie et Gestion (GREDEG) et le laboratoire Triangle (ENS Lyon/CNRS/Sciences Po Lyon/Lyon 2/Jean Monnet).
▪️ Plus d’informations : https://miti.cnrs.fr/projet-multi-quipe/bioloop/

 

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[1] Ingénierie des Matériaux Polymères – IMP (INSA Lyon/Lyon1/CNRS

Romain, 22 ans et Mathis, 18 ans, sont frères. Dans la vie, ils partagent deux choses : l’amour de la technique et la recherche de sensations qu’ils vivent quotidiennement en équilibre sur leurs planches à voile. Tous deux élèves-ingénieurs et sportifs de haut-niveau, c’est à l’INSA Lyon qu’ils ont trouvé le bon « spot » pour continuer de vivre leur passion pour la voile, tout en suivant leurs études d’ingénieurs entre la côte d’Azur et le campus de la Doua. Rencontre avec deux frères un peu siamois, mais pas tant que ça. 

Près de Marseille, c’est combinaisons collées au corps et casques vissés sur la tête que les deux frères s’en vont rejoindre leur terrain de jeu favori. Au bord de la Méditerranée, Romain Ghio, l’aîné de la fratrie, tente une explication. « Je fais du windfoil, tandis que Mathis fait du wingfoil. À une lettre près, ce sont deux planches assez différentes. » La nuance, bien que fugace, souligne le caractère presque versatile d’une discipline qui n’a eu de cesse de se réinventer depuis son apparition dans les années soixante. « Le windfoil ressemble plus à ce que l’on appelle communément une planche à voile, avec une voile reliée au flotteur par un mât. Pour le wingfoil, celle de Mathis, la voile est tendue sur des boudins gonflables, plus légère et séparée de la planche. C’est un nouveau type de matériel, qui a émergé il y a moins de deux ans », poursuit Romain. Parmi les évolutions récentes dans les sports aquatiques, le « foil » qui placé sous la planche, fend l’eau et donne des ailes aux fanatiques de glisse. « Le foil est quelque chose d’incroyable. C’est un bras en carbone qui ressemble à des ailes d’avion et qui permet de répartir les forces verticalement. En faisant glisser la planche à un mètre au-dessus de l’eau, les sensations sont magiques. On se sent léger, comme libéré de l’attraction terrestre. D’ailleurs, les prochaines planches aux Jeux Olympiques seront équipées d’un foil », ajoute Mathis. 

Le petit monde de la planche à voile, les deux frères y baignent depuis leur plus jeune âge, grâce à leurs parents. D’ailleurs, le père de la famille a aussi repris la compétition lorsque Romain et Mathis ont commencé à prendre du galon, mais « sur une vraie planche à voile », précise le paternel qui ne semble pas partager le même goût pour le « foil » que ses deux fils. « Le foil engendre de très grandes vitesses. En pointe, Romain peut aller jusqu’à 60 km/h avec sa planche. Moi, je vais un peu moins vite, il n’empêche que ça peut vite être dangereux sans un minimum de connaissances », explique Mathis. Et les bases techniques de la discipline, les frères Ghio les ont surtout expérimentées à force de navigation. « Nous avons eu quelques interventions théoriques par la fédération de voile, mais en réalité, il y a des milliers de paramètres à prendre en compte sur le terrain. C’est un peu ce qui fait la magie de notre sport : parfois, une mauvaise appréhension de la forme d’un nuage ou d’un changement de vent selon la côte, peut peser dans une compétition. C’est un sport de nature et de sciences, finalement. L’effet venturi et les forces, j’en entends parler depuis que je suis gamin, alors j’ai souri lorsque l’on a abordé ces notions en cours », ajoute Romain, étudiant au département sciences et génie des matériaux.

Mathis avait jusqu’alors suivi les pas de son grand-frère en matière de sport. Mais depuis l’arrivée du wingfoil sur le bord des eaux, le jeune sportif de haut-niveau a changé de cap. « Je me consacre désormais à la wing, même s’il n’y a pas encore de lien aboli avec le sport de haut-niveau pour ce type de planche. Mais on en a vu tellement sur les plages cet été que la fédération n'a pas tardé à ajouter cette discipline dans ses clubs de voile », explique-t-il. « Ce qu’il oublie de dire aussi, c’est qu’il est officiellement passé pro, avec des sponsors et tout ! Et ça, c’est quelque chose », s’empresse d’ajouter Romain, l’air fier. 

Comme si tout se jouait en équipe dans la vie des deux frères, ils suivent leur scolarité dans la même école, à l’INSA Lyon. Mathis est en 2^e année de FIMI, formation initiale aux métiers d’ingénieur et Romain, en 3^e année de sciences et génie des matériaux. Conscients de la singularité de leur duo, ils nuancent tout de même. « Il est vrai que l’on est très complice dans la vie quotidienne, et finalement, nous avons tous les deux choisi l’INSA pour la même raison : continuer à mener nos études et notre carrière sportive en toute sérénité. Donc étudier dans la même école n’est peut-être pas un coup du destin », rit le cadet. « Je ne sais pas si on est partis pour suivre le même chemin, mais si Mathis choisit le même département de spécialité que moi, je commencerais à me poser des questions », poursuit l’aîné. 
Aussi bien sur l’eau que sur les bancs de l’école, les deux frères s’estiment heureux de pouvoir compter sur le regard de l’autre pour avancer. « On se pousse sans cesse, il n’y a pas de compétition entre nous. Si l’un gagne, l’autre avance aussi. C’est une histoire d’équipe, la famille », ajoutent-ils. 

Alors que les plages se vident et que les jours raccourcissent, les frères Ghio voient se profiler à l’horizon une rencontre qu’ils attendent avec une curieuse impatience : la rentrée des classes, en présentiel, un peu loin de la mer, mais les pieds bien sur terre. 

Camille, Hugo et Corina sont trois étudiants du département science et génie des matériaux (SGM) de l’INSA Lyon. Dans le cadre de leurs projets de fin d’études, ils vont accompagner trois petites et moyennes entreprises à haut potentiel de développement technologique dans un contexte de relance économique post-confinement. Focus sur une démarche solidaire initiée par le département et le laboratoire IMP¹.

Période de reprise économique oblige, le laboratoire IMP et le département SGM de l’INSA Lyon ont réfléchi ensemble à la poursuite des activités partenariales de recherche, développement et innovation (R&DI) avec les entreprises, fortement impactées par les mesures prises pour lutter contre la pandémie. « En temps normal à l’INSA Lyon, il y a beaucoup de projets de fin d’études en lien avec les industriels, grâce à des petits contrats permettant de couvrir les frais nécessaires à l’aboutissement du projet. Cependant, la reprise post-confinement a fait naître beaucoup d’inquiétudes sur la R&DI, notamment pour les petites et moyennes entreprises. Bien souvent, l’option choisie est d’abandonner l’innovation pour résoudre des problèmes de trésorerie », explique Jean-François Gérard, professeur au département SGM et vice-président du pôle de compétitivité AXELERA. 

Face à constat critique, le département SGM et le laboratoire IMP ont décidé de soutenir et d'accompagner les travaux de R&DI de trois petites entreprises dont le contexte économique a bouleversé les démarches d’innovation, sans leur demander d’engagement financier. Une initiative solidaire est proposée aux étudiants de 5^e année du département science et génie des matériaux dans le cadre de leurs projets de fin d'études, qui prennent la forme de projets individuels d'initiation à la recherche dans ce département et se déroulent de la mi-septembre 2020 à la mi-mars 2021. 

Camille, Corina et Hugo sont séduits. « L’occasion de travailler aux côtés d’une entreprise à haut potentiel de développement technologique m’a attiré. Je n’ai pas pu réaliser de stage l’an dernier à cause de la situation sanitaire, j’attends beaucoup de ce PFE », indique Hugo Boufouchk. Enthousiaste, l’élève va travailler plusieurs mois avec la start-up Laclarée sur la conception de lunettes adaptives, et plus précisément sur le sujet d’optimisation de l’indice de réfraction d’un matériau pour verre de correction ophtalmique. Camille Godinot, et Corina Lanovaia parient, elles, sur l’avenir. Camille va collaborer avec une start-up en cours de création, Quiet, et s’intéresser aux différentes propriétés du silicone. « C’est un matériau qui est beaucoup utilisé dans le domaine du biomédical, domaine qui m’intéresse beaucoup, notamment sur les problématiques de biocompatibilité et ingénierie tissulaire. Je suis très contente de faire mon PFE sur un sujet concret, avec une entreprise en plus en cours de création ! », partage la future ingénieure. Corina, elle, s’apprête à accompagner une PME en pleine expansion, Lavoisier Composites, sur des problématiques de valorisation de sous-produits issus de la production de l’industrie de matériaux composites. Elle espère, une fois diplômée, travailler sur des matériaux haute performance pour diverses applications dans les domaines de l’aéronautique, de l’automobile ou du luxe. « J’ai choisi de travailler avec Lavoisier Composites parce que c’est l’opportunité pour moi d’obtenir une première expérience de travail avec les matériaux composites de haute performance. Et l’idée de participer à l’extension d’une start-up est très valorisante », précise-t-elle.

Pour les trois entreprises bénéficiaires de cette démarche, l’innovation est fondamentale à leur existence sur le marché, comme l’explique Guillaume Loiseau, co-fondateur de Lavoisier Composites. « Nous consacrons la quasi intégralité de notre temps au développement de nouveaux matériaux. Sans ce PFE, nous aurions dû reporter ce développement et nous aurions certainement moins appris. En ces temps si particuliers où le monde se réinvente, l’innovation collaborative est primordiale pour anticiper les évolutions de la société. »

Pour le département SGM, l’enjeu est important. D’autres actions de soutien aux TPE, PME et start-up seront prochainement engagées, notamment dans le cadre de projets collectifs. « Dans le contexte sanitaire et économique actuel, nous nous inquiétions de perdre le lien avec l'entreprise qui est clé pour la formation et l'insertion professionnelle de nos élèves, grâce à des projets comme les PFE, les projets collectifs ou encore les stages. Cette démarche est aussi un moyen d'engager nos élèves et le département dans une démarche de solidarité vis-à-vis des entreprises, notamment les plus fragiles », conclut Frédéric Lortie, directeur adjoint du département SGM de l’INSA Lyon. 

^[1] Ingénierie des Matériaux Polymères (INSA Lyon/UdL/CNRS)

La discipline est à l’honneur en cette fin d’année à l’INSA Lyon, qui s’apprête à décerner 3 diplômes de Docteur Honoris Causa à des personnalités de rang international dans le domaine.

3 questions à Bernard Normand, enseignant-chercheur à l’INSA Lyon spécialisé en science des matériaux.

Quelle est la place des sciences des matériaux à l’INSA Lyon ?
L’INSA est une école qui a toujours su être visionnaire et s’adapter aux tendances. Elle a évolué avec son temps, et continue de le faire, aussi bien au niveau de la recherche que du développement.

Au départ, le département SGM (Sciences et Génie des Matériaux) était constitué de disciplines dont les contours étaient bien définis, à l’instar de la chimie, la physique, la mécanique, etc. Il était alors le département de Physique des Matériaux. Peu à peu, et notamment au début des années 1980, on a observé une mutation qui accompagnait le métier d’ingénieur et une évolution vers la Science pour l'Ingénieur et donc vers la Science des Matériaux, une vision beaucoup plus ingénierie qui inclut "les procédés" et "la durabilité". C’est ainsi qu’au début des années 1990, le département a été rebaptisé le Département de Science et Génie des Matériaux.

L’une de ses grandes forces a été de s’appuyer sur plusieurs laboratoires : l’INL (Institut des Nanotechnologies), l’IMP (Ingénierie des Matériaux Polymères) et MATEIS (Matériaux, Ingénierie et Sciences). Une spécificité de l’INSA Lyon qui permet de couvrir toutes les classes des matériaux et un large spectre de fonctionnalités… Pour répondre ainsi à toute cette évolution de l’ingénierie, qui s'inscrit dans l'intérêt croissant qu'ont d’autres laboratoires, comme le LAMCOS ou encore le CETHIL, AMPERE, GEOMAS, etc., pour l'intégration des matériaux dans leurs recherches.

De mon point de vue, ces évolutions que portent l'INSA sont en miroir de l'évolution de la science des matériaux. En effet, les préoccupations de l'ingénieur d'aujourd'hui sont placées au centre de l'interaction des disciplines mais correspondent également aux réponses technico-économiques. Et tout ceci est en phase avec ce qui est illustré par les grands thèmes de la Recherche INSAlienne à savoir : le transport, l’énergie, la santé, pour ne citer que ceux-ci. La question est donc, qu'est-ce qu'on fait sans les matériaux pour envisager un produit industriel ? rien !

Qu’est-ce qu’un ingénieur spécialisé en Sciences et Génie des Matériaux ?
Quand on pense matériaux, on pense souvent à une fonctionnalité, comme la mécanique ou encore la semi-conductivité. Mais il faut compter sur la combinaison d’autres fonctionnalités comme la chimie, la physique ou la thermique, par exemple… Que les collègues d’autres disciplines me pardonnent, j’ai peur d’en oublier… Je dis à mes étudiants qu’un ingénieur en Science des Matériaux doit gérer la complexité de la multifonctionnalité.

Le but de notre formation est donc de diplômer des ingénieurs qui restent généralistes, et pluri-compétents, avec bien sûr une spécialisation Matériaux. Elle leur permet de mener une approche systémique dans l’optimisation et la définition des matériaux et des procédés avancés d’élaboration.

Les étudiants sont très enthousiastes à l'idée de suivre ces formations pour intégrer des entreprises nationales qui ont besoin de notre modèle d'ingénieur-matériaux. Le modèle s’exporte aussi très facilement et est même recherché par les entreprises dans le monde entier. 

Que va-t-il se passer le 7 décembre prochain à l’INSA Lyon ?
L’INSA Lyon décerne 3 diplômes de Doctorats Honoris Causa, un titre honorifique que l’on décerne rarement à trois lauréats en même temps ! Il s’agit de personnalités qui comptent beaucoup dans la longue liste des partenariats internationaux du laboratoire MATEIS à savoir : Niels de Jonge, de l’Université de Saarland, Yukitaka Murakami, de l’Université de Kyushu et Antoni P. Tomsia, de l’Université de Californie seront donc honorés. Ils ont la particularité de partager les valeurs de transmission et d’humanité que défend l’INSA. C’est pourquoi il était important de le faire en cette année anniversaire de l’INSA, qui fête ses 60 ans. C’est une formidable occasion de mettre à l’honneur les 40 ans de formation en Science des Matériaux et les 10 ans du laboratoire MATEIS.

Le programme du 7 décembre 2017

Le déroulé des interventions est construit pour refléter la structuration matricielle du laboratoire MATEIS en 6 équipes de recherche : 3 équipes dont le champ recouvre une classe de matériaux, et 3 équipes qui présentent une activité générique. Les interventions des chercheurs et des Docteurs Honoris Causa sont positionnées en fonction de cette structure.

Claire Delaroa, ingénieure INSA Lyon du département Science et Génie des Matériaux, s’est distinguée dans la catégorie « Industrie » du jeu-concours de Veolia. Son projet : la revalorisation de matières minérales.

Pourquoi avez-vous participé à ce concours ?
J’ai fait mon stage de fin d’études chez Véolia en Recherche et Innovation, à Limay dans les Yvelines. J’ai passé 6 mois dans le pôle matériaux du centre de recherche pour faire mon stage, sur la problématique du recyclage. Plus précisément, sur la revalorisation de matières minérales, permettant de leur apporter une haute valeur ajoutée. C’est Veolia qui propose les sujets de stages aux étudiants qu’elle recrute, et celui-ci me plaisait beaucoup pour son côté environnemental. 

Et puis, Veolia organise un jeu-concours depuis près de 20 ans et nous invite à participer à cette compétition. Nous sommes présélectionnés sur la base de nos mémoires de stages, et d’un poster. Puis, ceux qui sont sélectionnés sont jugés par un jury de 10 personnes, des gens du marketing, des ressources humaines ou encore des ingénieurs, après avoir pitché 20 minutes sur notre projet.

Vous avez remporté le premier prix de la catégorie « Industries », que retirez-vous de cette expérience ?
C’est une bonne expérience, qui tourne surtout autour de l’aspect « communication » de nos travaux. Il faut présenter des choses très techniques sur le ton de la vulgarisation et trouver des arguments pertinents pour nos différents interlocuteurs. Il faut parvenir à faire passer un message que tout le monde peut comprendre.

Et à la clé, on gagne un voyage souvent à l’autre bout du monde, moi je vais partir à Buenos Aires !

Vous serez diplômée en février prochain, quelle direction souhaitez-vous prendre ?
J’aimerais travailler dans la Recherche et le Développement, ou dans le conseil en innovation. J’explore plusieurs pistes mais j’aimerais aussi rester sur Lyon parce que j’y ai toutes mes attaches.