Les plantes paludicoles telles que la sphaigne, les roseaux et la phalaris roseau sont déjà utilisées comme matériaux de construction, aliments pour animaux et produits alimentaires . Cependant, grâce à leur faible teneur en lignine, ces plantes de tourbière pourraient également constituer une alternative intéressante au bois comme matière première pour des emballages papier durables. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer d'ingénierie des procédés et d'emballage IVV ont démontré, lors d'études de faisabilité, que ces plantes de tourbière présentent un fort potentiel pour la production de boîtes pliantes, de plateaux et d'articles similaires.
Le composant le plus important du papier est le bois. Compte tenu de la hausse rapide des prix du marché et du quota d'importation très élevé de matières premières ligneuses en Allemagne (environ 80 %), les sources de matières premières alternatives deviennent de plus en plus importantes pour la production d'emballages en papier. C'est pourquoi des chercheurs du Fraunhofer IVV de Freising et de Dresde ont étudié le potentiel des plantes des landes, telles que les roseaux, les carex et l'alpiste roseau, pour des emballages durables, et ont testé les procédés de production correspondants dans le cadre du projet « PALUDI ». Ce projet s'inscrit dans le cadre de l'Initiative Fraunhofer pour la création de valeur biogénique et l'agriculture intelligente, financée par le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche, le ministère bavarois de l'Économie, du Développement régional et de l'Énergie, et le ministère des Sciences, de la Culture et des Affaires fédérales et européennes du Mecklembourg-Poméranie-Occidentale.
Les plantes de landes étudiées dans le cadre du projet sont cultivées spécifiquement dans les tourbières hautes et les marais réhumidifiés. À l'avenir, les plantes de landes bénéficieront d'une plus grande place, car la loi européenne sur la renaturation de février 2024 exige qu'au moins 30 % des forêts, prairies et zones humides soient réhumidifiées et restaurées. Cette pratique est également connue sous le nom de paludiculture. « Il s'agit de cultiver des landes humides avec des espèces végétales adaptées au site. La paludiculture contribue à la préservation des landes et à la protection du climat en minimisant les émissions de CO2 – une raison supplémentaire d'approfondir ses recherches », explique Fabian Kayatz, responsable du projet au Fraunhofer IVV.
Plus la teneur en lignine est faible, moins l'utilisation de produits chimiques est importante.
Comparés au bois, les roseaux et autres roseaux se caractérisent par une teneur en lignine plus faible. Cela signifie qu'il faut utiliser moins de produits chimiques lors de la réduction en pâte pour obtenir une qualité de fibre suffisante pour les applications d'emballage. C'est ce que révèle la caractérisation chimique des paludicultures du Freisinger Moos. Selon la plante, elles ont atteint une teneur en lignine comprise entre 20 et 23 %. Le matériau récolté présentait une teneur en lignine inférieure de 25 et 15 % à celle des bois de conifères et de feuillus, respectivement. « Moins il y a de lignine, l'adhésif naturel des parois cellulaires végétales, moins il y a d'acides ou d'alcalis lors de la réduction en pâte chimique et plus le réseau de fibres est stable », explique le chercheur. De plus, la pâte issue de ces fibres végétales présente de meilleures propriétés mécaniques que la pâte issue d'autres pulpes de paille, comme le maïs ou le bambou.
Procédés de réduction en pâte de fibres avec des températures inférieures à 100 °C
De plus, la lignine des plantes non ligneuses est plus facile à extraire ou à séparer des fibres. Les procédés de fabrication de pâte, comme la pâte à la soude alcaline, sont donc moins énergivores que la production de papier classique à partir de bois. Grâce au procédé de fabrication de pâte développé dans le cadre du projet, testé sur des roseaux et transposé à d'autres paludicultures, les chercheurs ont pu travailler à des températures inférieures à 100 °C, jusqu'à 45 % inférieures aux valeurs minimales des procédés de fabrication de pâte chimique à base de fibres, et donc moins énergivores. Selon les paramètres définis, le procédé Fraunhofer IVV permettait d'extraire jusqu'à 83 % de lignine. « Après la récolte des plantes des tourbières, la biomasse obtenue pouvait être transformée à l'échelle industrielle dans l'usine de pâte à papier. La production de pâte à papier y serait alors réalisée par la réduction en pâte des fibres végétales », explique le chercheur concernant les premières étapes du processus de production d'emballages, bien que le projet ait été mené à l'échelle du laboratoire. En fonction du réglage des paramètres combinés, le rendement en pâte a atteint 53 pour cent, ce qui se situe dans la plage attendue pour les procédés chimiques conventionnels.
D'autres tests ont montré que les papiers plats fibrés obtenus sont faciles à transformer. La résistance à la traction des échantillons de laboratoire plats fibrés était nettement supérieure à celle de l'échantillon de référence, une boîte à œufs. L'ajout d'additifs tels que l'amidon et les agents de collage a encore amélioré la résistance à la traction et l'extensibilité, ainsi que les propriétés hydrofuges des papiers. De plus, les papiers issus de paludicultures se sont révélés adaptés aux transformations telles que le pliage, le collage et l'impression.
Emballages innovants pour le secteur non alimentaire
Grâce à des procédés de moulage de fibres et de thermoformage, les chercheurs ont pu produire des creusets et des plateaux en papier stables à partir de fibres de roseau, sans additifs. Ils ont développé un laboratoire spécialement dédié à la production de ces démonstrateurs d'emballage. « Le potentiel des plantes des tourbières pour la production d'emballages innovants et biosourcés est considérable, comme nous l'avons démontré avec le développement réussi de procédés économes en ressources pour la production de pâte à papier. L'aspect environnemental est primordial pour nous : nous soutenons la pérennité de nos tourbières, par exemple en réhumidifiant les terres agricoles et en les utilisant pour la paludiculture », résume le chercheur. Cependant, pour passer à l'échelle industrielle et créer des emballages de biens de consommation adaptés aux consommateurs, des étapes d'optimisation supplémentaires sont nécessaires, notamment en ce qui concerne la perception sensorielle ou le revêtement du matériau. Le projet initial est de produire des emballages pour le secteur non alimentaire, comme les cosmétiques, la logistique et les fournitures de bureau.
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