Une étude conjointe récente montre que les déchets de chanvre peuvent augmenter les revenus liés à l'utilisation de la plante entière.

Comme Chanvre Les producteurs et transformateurs de fibres cherchent à diversifier leurs revenus grâce à l'utilisation de la plante entière. Une étude récente, évaluée par des pairs, a souligné que certains déchets de chanvre peuvent être transformés en matières premières pour des produits finis à haute valeur ajoutée.

L'étude a utilisé les tiges, l'amidon et les nanofibres de cellulose du chanvre industriel (Cannabis sativaL.) pour préparer et caractériser un matériau composite de fibres moulées entièrement biosourcé destiné à des emballages à usage unique durables. Tous les matériaux de recherche sont des polysaccharides d'origine naturelle, décomposables par l'activité microbienne dans les sols et les environnements de compostage. Les tiges de chanvre, un sous-produit agricole à faible valeur ajoutée, peuvent être directement valorisées en composites de fibres moulées à haute valeur ajoutée en modulant leur taux d'incorporation.

Cette recherche a été menée par une équipe conjointe de l'Institut d'innovation en macromolécules et du Département des biomatériaux durables de Virginia Tech aux États-Unis, en collaboration avec des chercheurs de l'Université Kyung Hee en Corée du Sud. Les résultats indiquent que les sous-produits du chanvre, actuellement sous-utilisés, peuvent être transformés en « matériaux d'emballage en fibres moulées haute performance, composés exclusivement de composants biosourcés ». Ces résultats ont été publiés dans…Journal international des macromolécules biologiques, une revue à comité de lecture publiée par Elsevier, une société d'édition scientifique dont le siège social est situé aux Pays-Bas.

Il est bien connu que dans l'industrie de l'emballage, l'emballage alimentaire joue souvent un rôle crucial et est étroitement lié au quotidien. Les données montrent que les matériaux d'emballage représentent la plus grande part des déchets plastiques mondiaux, dont plus de 40 % proviennent des emballages alimentaires. Les boîtes à emporter, les contenants repas et les barquettes sont des produits essentiels de la vie moderne, et ces produits sont principalement fabriqués à partir de plastiques dérivés du pétrole. Afin de réduire les déchets plastiques, l'emballage en pâte moulée a été introduit comme une alternative écologique grâce à sa légèreté, son faible coût et sa recyclabilité. Cependant, des études récentes ont montré que l'emballage conventionnel en pâte moulée n'est pas aussi durable qu'on le pensait et pose de nombreux problèmes environnementaux.

La pâte moulée est généralement fabriquée à partir de fibres de bois vierges ou recyclées. Bien que l'utilisation de fibres recyclées permette de réduire la consommation d'énergie, le processus de recyclage implique inévitablement l'emploi d'additifs chimiques tels que la colophane, les émulsions de paraffine, les résines d'encollage et la bauxite, susceptibles de polluer l'eau et les sols. Parallèlement, le procédé de fabrication de la pâte, qu'il soit mécanique ou chimique, est énergivore, et le procédé chimique rejette d'importantes quantités de polluants dans l'air et l'eau, contribuant ainsi à l'acidification de l'environnement. De plus, afin d'améliorer la résistance aux hydrocarbures, les produits en pâte moulée disponibles dans le commerce contiennent souvent des substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS), non biodégradables, persistantes dans l'environnement et associées à de graves risques pour la santé humaine.

Modèle de moulage

Une équipe de recherche conjointe américano-sud-coréenne a utilisé des déchets de chanvre industriel pour créer, grâce à des essais répétés, un composite de fibres moulées entièrement biosourcé et a évalué les performances de ce matériau lors de tests de compression, de flexion et d'impact. Les résultats indiquent que les déchets de chanvre sont prometteurs pour le développement d'une nouvelle génération d'emballages moulés et de matériaux industriels plus résistants et d'origine végétale.

L'étude met en lumière un nouveau modèle de transformation : les sous-produits du chanvre à faible valeur ajoutée – tels que les fines, la poussière et autres résidus – souvent sous-évalués ou jetés, ne constituent plus un fardeau mais une ressource précieuse, source de revenus importants pour les entreprises. Ce modèle s'apparente à celui de filières agricoles établies comme le maïs, qui valorise le produit en produisant du biocarburant, de l'alimentation animale, de l'amidon et des édulcorants. Il s'inspire également du succès de l'industrie du bois, qui a diversifié ses sources de revenus grâce à des produits comme les panneaux, la pâte à papier, les granulés de bois et les produits chimiques.

Aujourd'hui, le concept d'« utilisation intégrale de la plante » prend une importance croissante dans la transformation du chanvre. Les acteurs de la filière cherchent activement à diversifier leurs sources de revenus et à obtenir une meilleure rentabilité.

Un changement dans l'emballage

Bien que les fibres de liber de chanvre raffinées aient déjà été testées et aient trouvé des applications limitées dans les composites écologiques, cette dernière étude montre que les déchets résiduels de moindre valeur peuvent trouver des applications de production à grande échelle plus larges dans le secteur des produits moulés — une vaste catégorie qui comprend les emballages de protection, les plateaux, les panneaux légers, les substrats de meubles, les composants intérieurs automobiles et les articles jetables.

Il est important de noter que cette orientation de développement complète, plutôt que de remplacer, les recherches antérieures axées sur l'application des fibres libériennes dans les composites automobiles et industriels. Les auteurs de l'étude affirment : « Le développement de systèmes de fibres moulées entièrement biosourcées, utilisant des sous-produits agricoles non ligneux, n'en est qu'à ses débuts et demeure relativement inexploré. » Cette observation souligne le potentiel du marché que les déchets de chanvre sont sur le point de combler.

L’étude souligne également : « La plupart des systèmes de fibres moulées existants reposent encore principalement sur la pâte de bois et, dans de nombreux cas, des additifs synthétiques y sont ajoutés. Il est donc urgent de développer une nouvelle génération de systèmes d’emballage en fibres moulées qui soient véritablement durables et exempts de tout produit chimique toxique. »

Cette orientation vers des applications d'emballage plus larges s'inscrit dans le contexte de l'intérêt croissant du marché pour les fibres de chanvre. Que ce soit pour la fabrication de papier, les emballages moulés ou d'autres matériaux alternatifs, les perspectives d'application des fibres de chanvre sont de plus en plus évidentes ; dans ces domaines, la production à grande échelle est souvent plus importante que l'obtention de prix élevés.

Résultats notables

Dans leurs recherches, les chercheurs ont également déterminé un « ratio optimal » pour l’incorporation de fibres de chanvre dans ces formulations moulées. Une quantité insuffisante de fibres réduit la résistance structurelle, tandis qu’une quantité excessive entraîne une hétérogénéité interne. Les résultats ont montré que la formulation optimisée à ratio moyen atteignait une résistance à la compression supérieure à celle de nombreux matériaux de pâte moulée conventionnels mentionnés dans des études antérieures, et que sa résistance à la flexion était presque le double de celle des versions à charge plus faible du matériau.

Cette étude démontre la préparation de composites fibreux moulés entièrement biosourcés, composés d'eau, d'amidon, de nanofibres de cellulose (CNF) et de tiges de chanvre industriel, grâce à un procédé de thermoformage spécifique. Les analyses rhéologiques, mécaniques et morphologiques indiquent que la teneur en tiges de chanvre joue un rôle crucial dans l'uniformité structurale et les propriétés mécaniques du composite. Une teneur plus élevée en tiges perturbe la continuité de la matrice d'amidon et de CNF et réduit l'énergie libre.