Les matériaux dérivés du bois: une solution à la crise des plastiques?

La cellulose fait partie intégrante de la fibre de bois (40-45%) et le biopolymère le plus abondant de notre planète[I]. Des bactéries aux arbres majestueux, il est omniprésent comme élément constitutif des cellules végétales. La transformation de la cellulose végétale a donné naissance à des matériaux cellulosiques intéressants dont la cellulose microfibrillée (MFC), la cellulose nanofibrillée (NFC), la cellulose bactérienne (BC) et la cellulose nanocristalline (NCC). Ces matériaux avancés présentent certaines des mêmes propriétés mécaniques et physiques que les plastiques en termes de transparence et de poids, mais offrent l'avantage de la résistance, de la biodégradabilité et des propriétés antimicrobiennes. Alors que la première cellulose nanbrillée a été produite en 1983, sa production à l'échelle commerciale n'a commencé qu'en 2010 en raison des coûts de production et des problèmes d'efficacité énergétique.[Ii].

Selon le Marché mondial de la nanotechnologie et des nanomatériaux 2010-2030 rapport, la demande pour la production à haut volume de nanocellulose provient de son incorporation comme agents de renforcement dans le papier, le ciment, le caoutchouc naturel et les films plastiques pour l'emballage, en particulier en Amérique du Nord. Les applications à faible volume impliquent la conception et l'ingénierie de matériaux biomédicaux pour l'ingénierie tissulaire et l'administration de médicaments / gènes.

Alors que nous observons l'impact négatif des plastiques sur la santé de la biosphère, il est logique de se tourner vers ces matériaux cellulosiques biodégradables. Au cours des dernières années, la production de cellulose nanofibrillée est passée d'une production à l'échelle pilote (kilogrammes) à une production commerciale (plusieurs tonnes).

Alors que le développement d'applications haut de gamme a été lent, comme c'est généralement le cas pour les matériaux avancés, les applications de niche et l'intégration dans les matériaux composites ont été rapides. Il y a encore des problèmes à résoudre en termes de réduction des coûts de production, mais des applications passionnantes pour la bio-ingénierie, l'électronique imprimable et les revêtements autonettoyants ont émergé. En effet, la cellulose nanocristalline (NCC) peut être utilisée comme barrière contre l'humidité, comme émulsifiant, comme lubrifiant, comme agent épaississant et comme matériau modifiable pour une application spécifique.[Iii]. La plupart des universités canadiennes ont des programmes de recherche liés à la cellulose et aux produits du bois, et les laboratoires du gouvernement canadien consacrent des ressources à la recherche et aux essais de ces matériaux.

La région Asie-Pacifique domine la demande régionale de NFC (2686 tonnes), suivie de l'Amérique du Nord (82.5 tonnes) et de l'Europe (20 tonnes). Sans surprise, les pays aux ressources forestières abondantes sont les leaders de la production de NFC: le Japon, les États-Unis, le Canada, la Suède et la Finlande.

Selon le Rapport sur le marché mondial des nanofibres de cellulose[Iv], la croissance annuelle composée de la demande de nanocomposites de nanomatériaux entre 2018 et 2039 est de 21.3%, tandis que pour l'automobile, elle devrait être de 48.8%.

Dans son rapport sur la Taille du marché de la nanocellulose (Juin 2020)[V], Global Market Insights projette une valeur marchande de 418.2 millions USD en 2026 avec un taux de croissance annuel composé de 21.4% de 2020 à 2026. Les moteurs de croissance du marché sont associés à la demande de l'industrie de l'emballage, à l'exigence de produits durables dans les industries des utilisateurs finaux, à la croissance de l'industrie des aliments et des boissons dans le monde entier, à l'industrie pétrolière et gazière en Amérique du Nord et au secteur des soins personnels. dans la région Asie-Pacifique.

La pandémie COVID-19 a créé une demande accrue de dispositifs de protection individuelle allant des vêtements médicaux (textiles), des masques de protection et des produits antimicrobiens, à de meilleurs dispositifs de filtration pour les espaces de vie et de travail. Bien que cela ait détourné l'attention de la crise des microplastiques, le développement d'une technologie de déplacement pour les plastiques reste un problème critique.


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[i] The Global Market for Nanocellulose to 2030, Future Markets Inc., janvier 2021
[ii] W. Brostow et al, Journal of Materials Education (32 (3-4), 125-138 (2010)
[iii] https://www.celluforce.com/en/markets/
[iv] Le marché mondial des nanofibres de cellulose, Future Markets Inc., novembre 2020
[v] Taille du marché de la nanocellulose, perspectives du marché mondial, juin 2020