La cellulose : l’alternative idéale face au plastique ?

Qu’est-ce que la fibre de cellulose ?

La cellulose est la molécule organique la plus abondante sur la terre : cet homo-polymère naturel est le constituant principal de la paroi cellulaire de nombreux végétaux (et notamment des plantes et des arbres) avec une teneur variant de 15 % à 99 %*.

Espèce végétale	Teneur en cellulose (% de la matière sèche)
Coton	95-99
Lin	70-75
Bouleau, bambou, blé	40-50
Maïs	17-20

Ce matériau, issu de sources naturelles renouvelables, est biodégradable et recyclable.

On le retrouve dans le bois, les tiges de coton, de lin, de chanvre, la bagasse, la paille de blé, l’épi de maïs, le sisal, la jute, etc.

Elle est donc extraite de coproduits agricoles et forestiers, et les pays producteurs sont essentiellement les États qui possèdent de vastes territoires boisés comme le Canada, les États-Unis, les pays nordiques (Finlande, Norvège, Suède) et l’Amérique latine.

Caractéristiques de la cellulose

• Bio sourcée et renouvelable : elle provient de plantes cultivées, ce qui en fait une ressource renouvelable et moins dépendante des ressources fossiles.
• Biodégradable : la fibre cellulosique se décompose naturellement, réduisant ainsi la pollution environnementale.
• Recyclable : elle peut être recyclée plusieurs fois, contribuant à la réduction des déchets.
• Propriétés mécaniques : sa flexibilité la rend adaptée à diverses applications.
• Fonctionnalisable : la fibre cellulosique peut être traitée pour améliorer ses propriétés, telles que la résistance à l'eau et aux graisses.

Disponible sous différentes formes

Les fibres de cellulose sont utilisées sous forme de fibres brutes pour la fabrication de pâte à papier, notamment pour produire des emballages :

• En papier - carton : cartons plats et papier ondulé pour concevoir des packagings et boîtes d’emballages de toutes tailles.
• En cellulose moulée : pour réaliser des formes spécifiques : calage industriel, contenants alimentaires, boîtes, vaisselle jetable, boîtes à œufs, etc.

Quelles sont les limites de la fibre cellulosique ?

La cellulose semble être un matériau idéal pour la production d’emballage pour de nombreuses applications, toutefois, elle comporte des limites. Selon le produit à emballer, les caractéristiques de la cellulose ne permettent pas de répondre aux fonctionnalités requises à l’état brut.

Incompatible pour l’emballage de nombreux produits

Limitations techniques

• Hydrophile et poreuse : la cellulose absorbe l'eau et est poreuse, ce qui la rend peu adaptée pour les produits nécessitant une barrière contre l'humidité.
• Faible barrière naturelle : elle offre une protection limitée contre l'eau, l'humidité, l'oxygène et les graisses.
• Résistance mécanique variable : sa résistance est aléatoire, dépendant de l'origine de la fibre, de sa longueur et du processus de fabrication.
• Surface non uniforme : obtenir une surface uniforme et homogène est difficile, nécessitant souvent un surfaçage ou un pré-revêtement.
• Structure poreuse : sa porosité facilite le passage des gaz, nécessitant des couches barrières pour garantir l'intégrité du produit.

Ainsi, utilisée à l’état brut, la cellulose n’est pas compatible pour l'emballage de produits alimentaires présentant un certain taux d’humidité. La fibre cellulosique recyclée ne peut d’ailleurs pas être utilisée pour le contact alimentaire selon la norme NF EN 643.

Adaptation à ces limites

Pour compenser les limitations techniques de la cellulose et la rendre utilisable pour une plus grande variété d’applications, il est courant de lui apporter des fonctionnalités additionnelles via divers procédés :

• Modification de surface via la transformation moléculaire : utilisée pour améliorer la résistance mécanique de la cellulose et la rendre barrière à l'eau, par exemple.
• Enduction : consiste à revêtir la surface avec un produit spécifique (comme une “sauce de couchage”, des matières plastiques, ou des principes aqueux ou solvant) pour modifier l’aspect et les propriétés, et apporter des qualités supplémentaires, telles qu'une plus grande solidité, de la brillance, l’imperméabilité, ou pour améliorer la scellabilité.
• Additifs : des additifs d’origine naturelle ou chimique peuvent être ajoutés pour contrebalancer les limites du matériau ; par exemple, certains additifs rendent les barquettes alimentaires à base de cellulose résistantes à l’humidité.

Ces procédés posent la question de l’impact sur la recyclabilité : on sait que les revêtements multimatériaux ou présentant une haute teneur en additifs détériorent le repulpage et le recyclage des fibres.

Des process industriels à repenser intégralement

Pour les entreprises qui conditionnent des produits, le passage à des emballages en cellulose implique des modifications industrielles structurelles :

• Reparamétrage des lignes existantes : les machines doivent être ajustées en termes de tension, de cadences et de températures de scellage.
• Adaptation des lignes : les conformateurs, ainsi que les entrées et sorties de ligne, doivent être modifiés.
• Changement des lignes : dans certains cas, il peut être nécessaire de repenser intégralement les lignes de production, par exemple, passer de Form - Fill - Seal à Fill - Seal, pour intégrer l'utilisation d’emballages en fibre de cellulose.

Les limitations techniques de la cellulose, telles que sa porosité et sa faible résistance à l'humidité et à l’oxygène, la rendent peu adaptée pour l’emballage de très nombreux produits alimentaires. Sans transformations spécifiques, la cellulose ne peut pas rivaliser avec les performances barrières et la sécurité alimentaire offertes par le plastique. Les emballages en plastique offrent des avantages indéniables en termes de protection contre l'humidité, les graisses, et les gaz, tout en garantissant l'innocuité et la conservation optimale des produits alimentaires.

Ainsi, bien que la cellulose représente une solution viable pour la production d’emballages écologiques, elle nécessite des traitements et des procédés supplémentaires pour élargir son champ d'application. Il est donc essentiel pour les entreprises de bien évaluer les besoins spécifiques de leurs produits avant de se tourner vers des alternatives cellulosiques.

Bon à savoir : l’impact environnemental de la cellulose vs du plastique

Pollution : deux fois plus de fibres de cellulose que de microplastiques dans l’océan Atlantique

Une étude a permis d’analyser des eaux de surface de l’océan Atlantique et les résultats sont sans appel.

Cette analyse a été menée par l’Ifremer, de l'Université de Bordeaux et de l’IRD à partir des données collectées sur le voilier du navigateur Fabrice Amedeo lors du dernier Vendée Globe.

Les eaux sont 2 fois plus polluées par les fibres de cellulose que par les microplastiques. Ils ont collecté 53 échantillons grâce au capteur microplastique embarqué.

Résultats : les fibres de cellulose sont présentes dans quasiment tous les échantillons collectés (92,5% des échantillons), contrairement aux microplastiques, où seuls 64% des prélèvements contiennent au moins un microplastique.

Comparaison plastique et fibre cellulose à travers plusieurs facteurs

1. Émissions de gaz à effet de serre (GES)

Un kilogramme de plastique produit environ 2,5 kg de CO₂ sur l'ensemble de son cycle de vie, incluant l'extraction des matières premières, la production, et le traitement des déchets. En comparaison, la production de cellulose, bien que plus écologique en termes de biodégradabilité, peut émettre jusqu'à 3,4 kg de CO₂ par kilogramme en raison de la déforestation, du traitement chimique et de l'énergie requise pour transformer les fibres en matériaux utilisables.

2. Consommation d’eau et risques de pollution

La fabrication de cellulose nécessite beaucoup d'eau et l'utilisation de produits chimiques pour extraire et traiter les fibres. Ces produits chimiques peuvent avoir des effets néfastes sur les écosystèmes aquatiques s'ils ne sont pas correctement gérés. Par exemple, la production de pâte à papier utilise entre 10 et 20 m³ d'eau par tonne de pâte produite, et des produits chimiques comme le chlore peuvent être utilisés pour le blanchiment, entraînant des risques de pollution de l'eau.

3. Adaptations nécessaires pour répondre à des applications variées

Les produits à base de cellulose présentent des défis, notamment à cause de leur sensibilité à l'humidité et à la vapeur d'eau : comme précisé plus haut, cela nécessite des traitements supplémentaires pour améliorer leurs propriétés barrières. Ces traitements alourdissent l'empreinte environnementale de la cellulose.

4. Recyclabilité impactée

Si le plastique est souvent critiqué pour son impact environnemental à long terme, sa recyclabilité s'améliore grâce à des innovations continues dans le domaine, notamment au niveau des centres de revalorisation. Si la cellulose est biodégradable à l’état brut, son recyclage est en revanche impacté lorsqu’elle a subi des traitements :

• par exemple, l’ajout d’adhésif en surface, de vernis ou autre pour compenser des propriétés mécaniques insuffisantes à l’état brut
• ou lorsqu’elle est utilisée pour élaborer un emballage complexé (qui contient moins de 50 % en poids de papier-carton et qui présente sur au moins l’intégralité d’une des faces du matériau papier-carton un autre matériau)

Ces traitements ne permettent pas de considérer l’emballage comme appartenant à la catégorie “papier-carton non complexé” qui lui permet d’être recyclé via les filières classiques : cela nécessite des évaluations pour vérifier la recyclabilité de l’emballage, par les filières COTREP pour le plastique ou COTREM et ALUTREC pour le métal.

Ainsi, bien que la cellulose offre des avantages en termes de durabilité et de biodégradabilité, les impacts environnementaux de sa production et de sa revalorisation sont des paramètres à prendre en compte dans l’analyse globale du cycle de vie.

Sources : Base de données fiches toxicologiques de l’INRS ; présentation (Re)SET / Arwin © 2024 aux Ateliers de l’emballage 2024 ; Article sur le site Voilesetvoiliers ; https://www.epa.gov ; https://www.mdpi.com ; Brochure CEREC

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