En vedette Bio-produits Biomasse
Nanomatériaux cellulosiques : la transition vers une bioéconomie

Les images d’accumulation de déchets de plastique, qui ont un impact néfaste sur l’environnement, la faune et les êtres humains, ont pris des proportions endémiques dans les médias. Le message est clair : un changement s’impose. Il ne s’agit toutefois de rien de nouveau pour des organismes de recherche tels que FPInnovations qui ont entrepris il y a quelques années déjà d’apporter leur contribution à l’établissement de la nouvelle bioéconomie. En fait, FPInnovations, de concert avec ses sociétés membres, a joué un rôle de premier plan pour placer le secteur forestier à l’avant-garde des recherches sur les bioproduits, ce qui avait également l’avantage d’identifier de nouveaux créneaux pour la pâte, aidant du même coup à remettre le secteur sur pied et à en assurer la pérennité.

Une plateforme pour le développement durable

Wadood Hamad, gestionnaire de recherche du groupe Transformation et interfaces, fait figure de pionnier de par sa spécialisation dans la caractérisation de matériaux et de produits chimiques biosourcés extraits de matériaux forestiers, par exemple la cellulose nanocristalline (CNC) et les filaments de cellulose (FC). La recherche avancée que font Wadood et son équipe a pour but de développer des applications de haute technologie qui sont à la fois rentables, respectueuses de l’environnement et fonctionnelles. L’équipe se concentre sur la production de solutions novatrices et durables dans les secteurs de l’électronique organique flexible, la photonique, les émulsions, les gels, les mousses et les nanocomposites pour une foule de produits industriels, de construction, médicaux et de consommation. « Notre vision globale consiste à développer les rouages de la bioéconomie et à créer une infrastructure où les matériaux seront durables et respectueux de l’environnement », explique Wadood. « Il n’est pas réaliste de remplacer en une seule étape tous les produits plastiques et pétrochimiques du monde. Nous cherchons plutôt à comprendre et à mettre au point des matériaux et produits chimiques biosourcés plus pratiques et plus respectueux de l’environnement qui puissent cohabiter avec ces produits et quelquefois les remplacer. »

Les nanomatériaux cellulosiques

La recherche et le développement sur les nanomatériaux cellulosiques ont débuté il y a plus de deux décennies au Canada par l’entremise de Paprican, l’un des trois instituts de recherche qui ont contribué à former FPInnovations. L’ensemble des programmes de recherche sur les bioproduits de FPInnovations, dirigés par Éric Olivier, directeur principal de l’équipe de recherche sur les bioproduits, vise à créer de nouveaux produits à forte valeur pour les marchés émergents des produits naturels et renouvelables ainsi qu’à les intégrer dans des applications pour des secteurs non traditionnels aux matériaux et produits chimiques issus de la forêt. L’équipe Transformation et interfaces consacre une bonne partie de ses efforts aux recherches de pointe sur la CNC et les FC. La CNC peut être considérée comme l’élément structurel de base des arbres et autres plantes et peut être extraite de façon économique de la fibre de bois au moyen de procédés chimiques, tandis que les FC, extraits à partir de procédés mécaniques, présentent des attributs complémentaires. La CNC constitue un nanomatériau abondant et renouvelable qui possède des propriétés uniques comme l’autoassemblage et la photonique. Ces propriétés uniques en font également un matériau organique fonctionnel et attrayant. À titre d’exemple, la CNC, lorsqu’utilisée avec d’autres matériaux organiques, permet de créer des pellicules photoniques ou électroniques flexibles qui peuvent présenter des attributs fonctionnels accordables et contrôlables. Il est aussi maintenant possible de mettre au point des écrans flexibles pour téléviseurs et téléphones intelligents à partir de matériaux organiques et en temps opportun d’utiliser la cellulose nanocristalline.

Le succès de l’équipe à développer la CNC et à amener sa production à une potentielle utilisation commerciale a permis au matériau de passer d’une curiosité de recherche à des activités intensives de recherche, développement et de mise en œuvre, attirant l’attention et l’acceptation du monde entier et suscitant de sérieuses discussions sur la transformation de l’économie actuelle.

Les activités liées à la CNC à l’échelle mondiale

Au Canada, CelluForce, Inc., chef de file mondial dans la production (pré)commerciale de cellulose nanocristalline, la NCCMC de CelluForce, exploite la plus importante usine de CNC au monde. Grâce à une coentreprise entre Domtar Corporation, Schlumberger, Fibria et FPInnovations, CelluForce, Inc. a accès à un important réseau de recherche et développement pour appuyer la mise au point d’applications et de produits. La mise en service d’autres usines pilotes en Amérique du Nord par d’autres laboratoires de recherches et universités vient témoigner de la croissance de la CNC. À l’échelle internationale, le secteur et le milieu universitaire ont fait preuve d’un intérêt important. Les nanofibrilles de cellulose (NFC) sont produites et utilisées dans des produits développés au Japon, alors que le milieu universitaire de la Finlande et un large éventail d’industries européennes ont investi des milliards de dollars en vue de l’élaboration d’un ambitieux programme de R – D axé sur la nanocellulose.

Électronique organique

Compte tenu de l’évolution rapide vers de plus hauts niveaux d’intégration et de meilleures performances, l’industrie de l’électronique pose un véritable défi puisqu’il faut constamment y innover. Les avancées dans le secteur des nanomatériaux ont donné lieu à une évolution marquée par des bouleversements dans pratiquement tous les produits électroniques tels que les écrans, l’éclairage, les sources d’énergie, les capteurs et les systèmes porteurs intégrés intelligents. La technologie organique est par ailleurs suffisamment polyvalente pour être utilisée dans une vaste gamme de nouvelles applications, notamment en raison de sa flexibilité, de sa transparence et de son faible coût de fabrication. Bien que de nombreux efforts de recherche et développement soient toujours à déployer, l’électronique organique est sur le point de bouleverser le marché et continuera de le faire à mesure que la portée et la profondeur des recherches s’accentuent.

Changements de mentalité

FPInnovations poursuivra sa mission en vue d’aider à transformer les matériaux et produits chimiques issus de la forêt en produits de tous les jours par le biais de recherches sur la façon dont les produits chimiques et les matériaux biosourcés peuvent être intégrés dans de nouvelles applications, sur leur interaction avec d’autres composants et sur leur impact sur l’environnement et la santé. Il s’agit d’efforts sérieux et systématiques vers la base de la bioéconomie du 21e siècle. Entretemps, nous assistons tranquillement à un changement de mentalité chez les entreprises et les fournisseurs de matériaux de produits de base jusqu’aux produits de grande valeur et à faible volume. Les usines de pâtes présentent un intérêt sérieux et entrevoient la valeur de telles applications qui vont au-delà de leur éventail traditionnel de production avec des bioproduits contenant de la CNC, des FC et autres biomatériaux; toutefois, une transition complète nécessite encore l’engagement des sociétés plus en aval de la chaîne d’approvisionnement. Des développements novateurs dans la fabrication, des ententes de collaboration avec le secteur privé et le milieu universitaire aideront à fournir une solution holistique à un mode de vie durable, des domaines dans lesquels FPInnovations et ses partenaires se développent sans cesse. Comme nous le rappelle Wadood Hamad, « Les perspectives sont excellentes, mais des efforts intellectuels et du temps sont encore requis pour fabriquer de meilleurs produits et des matériaux plus intelligents qui sont moins dommageables pour l’environnement. »