Brevet FR2843523A1 — publié le 20040220

i SUPPORT FIBREUX BIODEGRADABLE POUR PAILLAGE DE SOL L'invention concerne un support fibreux biodégradable pour paillage de sol susceptible d'être utilisé notamment, dans les domaines horticole, maraîcher, paysager (pépinière, espace vert). Dans la suite de la description, par l'expression désigne un support à base de fibres végétales écrues ou blanchies provenant de résineux ou de feuillus; ou de fibres de plantes annuelles telles que coton, ramie, 10 jute, lin, chanvre...., ou de fibres synthétiques telles que par exemple viscose, ces fibres étant biodégradables et pouvant être utilisées seules ou en mélange, ledit support pouvant en outre comprendre des additifs, tels que, de manière non exhaustive, le noir de carbone, les résines hydrophobes (épichlorhydrine...), les agents fongicides, fongistatiques, bactéricides, la masse du support étant comprise 15 entre 40 g/m2 et 200 g/m2, avantageusement 100 g/m2. Les matériaux pour paillage de sol doivent répondre à un certain nombre d'objectifs qui sont les suivants: empêcher la pousse des mauvaises herbes, maintenir la structure du sol, contrôler les variations climatiques (humidité, 20 température), assurer une production régulière tant quantitative que qualitative, pouvoir être appliqué sur le sol mécaniquement. De nombreux types de paillage de sol sont aujourd'hui proposés parmi lesquels on distingue les films en matière plastique et les papiers. 25 On connaît tout d'abord les films plastiques noirs qui présentent l'avantage d'être solides, malgré leur faible grammage, et ainsi résistants aux intempéries. Cependant, ces films plastique présentent un certain nombre d'inconvénients dont notamment celui de ne pas être biodégradables, la durée de vie étant de l'ordre de 30 450 ans. Pour des raisons écologiques évidentes, le plastique ne peut être enfoui dans le sol. Dès lors, lorsque la récolte est terminée et que le cultivateur souhaite labourer son tenrrain, il doit retirer complètement le plastique. Le cot de cette opération est estimée à 20 % du cot total du paillage. Par ailleurs, le plastique s'échauffant très vite au contact des rayons solaires, 5 les feuilles de la plante proches du sol collent puis brlent ayant pour conséquences d'une part, de diminuer le rendement par un retard de croissance et d'autre part, de ne pouvoir être retirées qu'avec le retrait de ce film. On estime que le retrait d'une tonne de plastique entraîne le retrait d'une tonne de végétaux et de terre restés accrochés audit plastique. Dès lors, le plastique est pratiquement non i 0 recyclable, les frais de lavage étant rédhibitoires pour une telle opération. Pour résoudre le problème de la biodégradabilité, on a cherché à fabriquer des films à base de matériaux biodégradables, tels que par exemple un polymère d'acide polylactique (PLA). Dans ce sens, le document FR-A-2 733 520 décrit 15 l'association d'un voile ou > de PLA avec un film à base de BAPE (polymère aliphatique biodégradable), c'est à dire un matériau provenant de ressource fossiles (pétrole ou gaz), par thermosoudage. Ce type de produit présente toutefois l'inconvénient d'être cher à produire. En outre et surtout, les ressources fossiles sont d'une durée limitée en tout cas pour ce qui concerne le pétrole, dont 20 les réserves sont estimées à une quarantaine d'années (source BP). En conséquence, l'utilisation de ces matériaux pour le paillage de sol est, à terme, compromis. Le document EP-A-637 641 décrit, toujours pour le paillage, un non-tissé 25 constitué de filaments réalisés entièrement en un polymère ou un mélange de polymère dérivés d'acide lactique. L'un des principaux inconvénients de ce type de produit réside dans son prix. Les papiers de paillage présentent des propriétés inverses, c'est à dire que 30 leur dégradabilité est rapide mais qu'en revanche, leurs caractéristiques mécaniques, en particulier leur résistance à la déchirure, sont faibles comparées aux plastiques. Pour résoudre ce problème, le document FR-A-2 016 071 décrit des papiers de paillage traités par des résines urée-formaldéhyde. Cependant, malgré ce traitement, le papier peut casser sous l'effet des phases d'arrosage, qui détendent le papier, et des phases de séchage qui retendent le papier. Le document WO 01/25536 du Demandeur décrit un papier de paillage comprenant une résine à base d'epichlorhydrine, le papier étant dégradé par pulvérisation d'une solution enzymatique apte à détruire à la fois la résine et la cellulose. Toutefois, les papiers décrits sont adaptés pour des cultures de courte durée, du type par exemple salade. En particulier, le papier mentionné à base de 10 fibres de feuillus (20%), de résineux (50%) et de résine epichlorhydrine (3%) commercialisé par le Demandeur sous la marque SEQUANA , présente une résistance satisfaisante pendant 3 à 4 semaines seulement, interdisant ainsi son usage pour des cultures plus longues, par exemple de 4 à 5 mois pour les melons, de 9 mois pour les fraises, de 2 à 4 ans dans le domaine des pépinières et espaces 15 verts. Le document JP2222421 décrit un papier de paillage biodégradable constitué d'un support à base de fibres végétales enduit d'une émulsion contenant comme constituant principal, un copolymère d'acide polyhydroxybutyrique (PHB) et 20 d'acide polyhydroxyvalerique (PHV) en mélange avec un polymère naturel du type amidon, cellulose et d'un polymère synthétique tel que l'acide polylactique. Aucune information n'est donnée quant à la durée de vie de ce type de support. Là encore, on se trouve confronté à un problème de cot. En d'autres termes, le problème que se propose de résoudre l'invention est de développer un support de paillage à base de fibres végétales qui soit peu coteux, résistant pendant des durées relativement longues de culture, en pratique de l'ordre de 1 à 36 mois et 100% biodégradable dans un délai le plus court possible postérieurement à la fin de ladite culture et à faible cot. 30 Pour ce faire, l'invention propose un support fibreux biodégradable pour paillage de sol, qui se caractérise en ce qu'il est muni d'un moyen de renfort sous forme d'une grille soit maintenue sur toute ou partie d'au moins une face du support, soit incorporée dans toute ou partie de la masse du support. En d'autres termes, l'invention consiste à avoir associé une grille réalisée en 5 un matériau biodégradable collée ou incorporée à la surface du support fibreux, ce qui permet de renforcer la résistance mécanique du support pendant toute la durée de la culture sans pour autant retarder le processus de dégradation des fibres végétales, plus rapide que celui du matériau constitutif de la grille. Dans la suite de la description et dans les revendications, par l'expression Dans l'invention, la grille est originale en ce qu'elle est réalisée à partir d'un matériau biodégradable choisi dans le groupe comprenant l'acide polylactique, le polycaprolactone, la viscose, la viscose modifiée telle que celles du type 20 LYOCELL ou MODAL, le polyhydroxybutyrate et le polyhydroxyalcanoate, seuls ou en mélange. Dans une forme de réalisation avantageuse, la grille est réalisée exclusivement à partir de fils de viscose modifié et correspond par exemple à la grille commercialisée par CHAVANOZ INDUSTRIE sous la référence 4032/71. Selon une autre forme de réalisation, la grille est réalisée exclusivement à partir de 25 fibres d'acide polylactique telles que celles commercialisées par exemple sous la marque TERRAMAC par la société UNITIKA. En pratique, le poids de la grille est compris entre 10 et 30 g/m2, avantageusement de l'ordre de 20 g/m2. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la grille est maintenue sur toute la surface du support, sur au moins une des deux faces au choix, la grille pouvant être positionnée en regard soit du sol, soit du ciel. Dans ce cas, le paillage sera plus particulièrement adapté à des cultures longues de plusieurs mois. Dans un second mode de réalisation plus économique, la grille est 5 positionnée exclusivement au niveau des points d'ancrage du support dans le sol, c'est à dire au niveau de l'interface air/terre/substrat. Le Demandeur a en effet constaté que les microorganismes présents dans le sol dégradaient le support et affectaient de manière importante sa résistance aux points d'ancrages, le rendant particulièrement sensible aux éléments climatiques, en particulier le vent. 10 L'agencement d'une grille au niveau de ces points d'ancrage, sur l'une ou les deux faces du support, permet donc de retarder sa biodégradation aux points sensibles, sans pour autant affecter ce processus, plus lent, au niveau de la partie non enterrée. En pratique, la grille est contrecollée directement sur la surface du support fibreux fini au moyen d'une colle biodégradable, résistante à l'eau choisie dans le groupe comprenant l'éthylène alcool polyvinylique (EVOH) et l'alcool polyvinylique (PVA), seuls ou en mélange. En pratique, la colle représente entre 5 et 50% en poids de la grille, avantageusement 15% en poids. 20 Par ailleurs et selon une autre caractéristique, le support peut être soumis à une étape de micrexage avant ou après contrecollage de la grille. Dans un troisième mode de réalisation, la grille n'est pas contrecollée mais 25 intégrée directement dans la masse du support pendant le procédé de fabrication de ce dernier. Là encore, la grille peut être agencée sur toute la surface du support ou uniquement au niveau des points d'ancrage du support dans le sol. En pratique, la grille est déroulée directement sur le support fibreux en formation sur la toile de la machine à papier ou de la machine à non tissé, la grille dans le produit fini, se 30 trouvant alors enchevêtrée à la surface du support. Cette technique permet en outre de s'affranchir de la présence de colle. Par ailleurs, pour renforcer mécaniquement d'avantage encore le support de paillage, ledit support peut contenir en outre des fibres synthétiques biodégradables thermoliantes représentant de 5 à 50% en poids, avantageusement entre 10 et 15% en poids du support. Dans la suite de la description et dans les revendications, par l'expression fabriqué sur machine à non tissé. Les fibres thermoliantes de l'invention peuvent avoir un point de fusion unique ou double dans l'hypothèse o la fibre se présente sous la forme d'une fibre dite fibre se présente sous la forme d'un noyau présentant un premier point de fusion entouré d'une enveloppe présentant un second point de fusion, moins élevé. C'est par exemple le cas des fibres de PLA commercialisées par UNITIKA sous la marque TERRAMAC en particulier la référence PL80, dont les points de fusion 25 du noyau et de l'enveloppe sont respectivement égaux à 170 C et 130 C. De même et selon une autre caractéristique, le support fibreux peut contenir une résine hydrophobe représentant de 0.5 à 15% avantageusement 6 à 8% en poids du support, choisie dans le groupe comprenant les résines urée30 formaldéhydes, les résines mélamine-formaldéhydes, les résines polyamide-amineépichlorhydrines, les résines polyéthylène-imines, les dérivés de l'amidon, seuls ou en mélange. En fonction de la couleur des fibres utilisées, le support peut en outre comprendre du noir de carbone représentant de 0,5 à 4% en poids du support. Dans un mode de réalisation avantageux, le support fibreux de l'invention 5 peut être avantageusement enduit d'une solution aqueuse comprenant de 5 à 50% en poids de latex naturel biodégradable obtenu à partir de l'hévéa, le complément à 100% étant constitué de caséine, de soude, de talc, de protéines, de glycérine, de biocides (bactéricides (tels que par exemple la carbendazine, l'isothiazoline), fongicides ou fongistatiques (tel que par exemple le sorbate de potassium)), de 10 chlorure d'ammonium ou tout catalyseur d'oxydation biodégradable équivalent, seuls ou en mélange, la solution étant enduite à raison de 1 à 10 g/m2, avantageusement 5 g/m2. En pratique, le latex utilisé est obtenu à partir de l'Hévéa Brasiliensis et 15 présente une concentration en caoutchouc sec au moins égale à 60%. Un latex correspondant à cette définition est par exemple celui commercialisé sous la marque ALCANTEX par la société SAFIC-ALCAN. Dans un mode de réalisation particulier, la solution d'enduction contient en 20 poids: - de 5 à 50 %, avantageusement 15 à 25 % de latex naturel biodégradable obtenu à partir de l'hévéa, - de 1 à 20 %, avantageusement 5 à 10 % de protéines, -de 0 à 20 %, avantageusement 5 à 10 % de talc, 25 de 0,1 à 1%, avantageusement 0,5 % de biocide, - le complément à 100 % en eau. Lorsque la grille est contrecollée à la surface du support, l'enduction du support par la solution peut être effectuée avant ou après la mise en place de la 30 grille. Dans tous les cas, que la grille soit incorporé pendant le procédé de fabrication ou contrecollée, le matériau enduit obtenu peut être soumis à une étape de micrexage, c'est à dire de crêpage à sec. En d'autres termes, la grille, en présence éventuellement de fibres thermoliantes réparties dans la masse du support et/ou, à la surface de latex naturel provenant d'hévéa permet de maintenir une résistance mécanique du support 5 pendant toute la durée de la culture, sans pour autant affecter le processus propre de dégradation de fibres végétales constitutives dudit support. Or ce processus propre de dégradation du support est directement dépendant de sa composition. Autrement dit, le problème est de définir des composition de support en fonction des durées de culture souhaitées10 Dès lors et dans un premier mode de réalisation, la composition en fibres du support est la suivante, ci-après dénommé >: * de 40 à 100 % en poids de fibres de résineux kraft, écrues ou blanchies avantageusement 70 à 90 %; * de 0 à 60 %, avantageusement 10 à 30 % de fibres de feuillus kraft écrues ou blanchies. * grammage: 40 à 200 g/m2, avantageusement 75 g/m2. Ce type de composition fibreuse sera plus particulièrement adapté à des 20 cultures courtes, de l'ordre de 1 à 6mois. Dans un second mode de réalisation, la composition en fibres du support est la suivante, ci-après dénommé " support 2 ": * de 80 à 100 % en poids de fibres de plantes annuelles, * de 0 à 20 %, avantageusement 5 à 15 % en poids de fibres de résineux kraft écrues ou blanchies. * grammage: 40 à 200 g/m2, avantageusement 90 g/m2. Les fibres de plantes annuelles peuvent provenir de tout type de plantes 30 annuelles riches en fibres utilisables en papeterie et dans le domaine des non tissés du type par exemple, coton, ramie, jute, lin, chanvre... Dans un mode de réalisation avantageux, le composition fibreuse contient exclusivement des fibres provenant de plantes annuelles. Ce type de composition fibreuse sera plus particulièrement adapté à des cultures plus longues, de l'ordre de 6 à 18 mois. Dans un troisième mode de réalisation, la composition en fibres du support est la suivante, ciaprès dénommé >: * de 20 à 100 % en poids de fibres de résineux kraft blanchies, 10 avantageusement à partir d'essence de Cèdre Rouge, * de 0 à 40 %, avantageusement 20 à 30 % en poids de fibres de plantes annuelles, * de 0 à 40 %, avantageusement 20 à 30 % en poids de fibres de rayonne ou de viscose. * grammage: 40 à 200 g/m2, avantageusement 100 g/m2. Avantageusement, le support fibreux réalisé à partir de ces fibres et correspondant à un non tissé peut être soumis à une étape d'enchevêtrement hydraulique en vue de renforcer les caractéristiques mécaniques du support pour la 20 dépose mécanique. Dans un mode de réalisation avantageux du support 3, la composition fibreuse contient en outre une très faible proportion de fibres de carbone bactéricides, c'est à dire de fibres de carbone dopées avec de l'argent, de l'ordre de 25 0.5 à 2% en poids. Ce type de composition fibreuse sera plus particulièrement adapté à des cultures plus longues, de l'ordre de 18 à 36 mois. L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien des exemples de réalisation suivants. Exemple 1 On prépare un support présentant la composition suivante en poids sec du support: * 93 % d'une suspension fibreuse comprenant 100 % en poids de fibres de résineux kraft écrues * 3 % de résine épichlorhydrine * 4 % de noir de carbone * grammage: 75 g/m2 On forme sur machine à papier une feuille à partir de l'ensemble des constituants du support. On crêpe puis on sèche le support ainsi obtenu. On contrecolle ensuite au moyen d'une colle EVOH, une grille de viscose modifiée 15 commercialisée par CHAVANOZ INDUSTRIE sous la référence 4032/71, la colle représentant 15 % en poids par rapport au poids de la grille. Exemple 2: On prépare un support présentant la composition suivante en poids sec du support: * 93 % d'une suspension fibreuse comprenant 100 % en poids de fibres de plantes annuelles (coton, ramie, jute, lin, chanvre) * 3 % de résine épichlorhydrine 25 * 4 % de noir de carbone * grammage: 75 g/m2 On formnne sur machine à papier une feuille à partir de l'ensemble des constituants du support. Sur la feuille en cours de formation, on déroule une grille 30 de viscose modifiée commercialisée par CHAVANOZ INDUSTRIE sous la référence 4032/71. On sèche enfin le complexe obtenu. Exemple 3 On prépare un support présentant la composition suivante en poids sec du support: * 93 % d'une suspension fibreuse comprenant: - 50 % en poids de fibres de résineux kraft blanchies essence Cèdre Rouge - 25 % en poids de fibres de plantes annuelles (coton, ramie, jute, lin, charvre), - 25 % en poids de fibres de rayonne * 3 % de résine épichlorhydrine * 4 % de noir de carbone * grammage: 400 g/m2 On forme sur machine à papier une feuille à partir de l'ensemble des constituants du support. La feuille en cours de formation est soumise à une étape d'enchevêtrement hydraulique, connue sous la dénomination JETLACE. Le support est alors séché puis micrexé. On contrecolle enfin au moyen d'une colle EVOH, une grille de viscose modifiée commercialisée par CHAVANOZ 20 INDUSTRIE sous la référence 4032/71, la colle représentant 15 % en poids par rapport au poids de la grille. Exemple 4: On répète les exemples 1 à 3 en incorporant 20% en poids de fibres de PLA de taille moyenne égale à 5 mm, commercialisés par UNITIKA sous la marque TERRAMAC sous la référence PL80 aux détriments de la suspension fibreuse. Exemple 5 A l'issue des étapes de séchages réalisées dans les exemples 1 à 4, on enduit le support d'une solution constituée (en poids) de: - 50 % de latex naturel commercialisé sous la marque ALCANTEX par la société SAFIC-ALCAN. - 5 % de protéines, - 10%detalc, - 1 % de biocide, - 34% d'eau. Le support enduit obtenu est enfin séché. REVENDICATIONS 1/ Support fibreux biodégradable pour paillage de sol, caractérisé en ce qu'il est 5 muni d'un moyen de renfort sous forme d'un grille soit maintenue sur toute ou partie d'au moins une face du support, soit incorporée dans toute ou partie de la masse du support. 2/ Support selon la revendication l, caractérisé en ce que la grille est réalisée à 10 partir d'un matériau biodégradable choisi dans le groupe comprenant l'acide polylactique, le polycaprolactone, la viscose, la viscose modifiée, le polyhydroxybutyrate et le polyhydroxyalcanoate, seule ou en mélange. 3/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille est réalisée 15 exclusivement en fils de viscose modifiée. 4/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poids de la grille est compris entre 10 et 30 g/m, avantageusement de l'ordre de 20 g/m2. 5/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille est positionnée exclusivement au niveau des points d'ancrage du support dans le sol. 6/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille est contrecollée directement sur la surface du support fibreux au moyen d'une colle biodégradable 25 résistante à l'eau choisie dans le groupe comprenant l'éthylène alcool polyvinylique (EVOH) et l'alcool polyvinylique (PVA), seuls ou en mélange, la colle représentant entre 5 et 50% en poids de la grille, avantageusement 15% en poids. 7/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille est déroulée directement sur le support fibreux lors de sa fabrication. 8/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient des fibres thermoliantes représentant de 5 à 50% en poids, avantageusement entre 10 et 15% en poids du support. 9/ Support selon la revendication 8, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes sont constituées par des fibres de PLA. / Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient une résine 10 hydrophobe représentant de 0.5 à 15% en poids du support, choisie dans le groupe comprenant les résines urée-formaldéhydes, les résines mélamine-formaldéhydes, les résines polyamide-amineépichlorhydrines, les résines polyéthylène-imines, les dérivés de l'amidon, seuls ou en mélange. 11/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient du noir de carbone représentant de 0,5 à 4% en poids du support. 12/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est enduit d'une solution aqueuse comprenant de 5 à 50% en poids de latex naturel biodégradable 20 obtenu à partir de l'hévéa, le complément à 100% étant constitué de caséine, de soude, de talc, de protéines, de glycérine, de biocide, de chlorure d'ammonium, seuls ou en mélange, la solution étant enduite à raison de à 1 0 g/m2, avantageusement 5 g/m2. 13/ Support selon la revendication 12, caractérisé en ce que le latex utilisé est obtenu à partir de l'Hévéa Brasiliensis et présente une concentration en caoutchouc sec au moins égale à 60%. 14/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition en fibres du support est la suivante: * de 40 à 100 % en poids de fibres de résineux kraft écrues ou blanchies; * de 0 à 60 % en poids de fibres de feuillus kraft écrues ou blanchies. / Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition en fibres du support est la suivante: * de 80 à 100 % en poids de fibres de plantes annuelles, * de 0 à 20 % en poids de fibres de résineux kraft écrues ou blanchies. 16/ Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition en fibres du support est la suivante: * de 20 à 100 % en poids de fibres de résineux kraft blanchies 15 * de 0 à 40 % en poids de fibres de plantes annuelles, * de 0 à 40% en poids de fibres de rayonne. Déposants: AHLSTROM CORPORATION AHLSTROM RESEARCH AND SERVICES Mandataire: Cabinet LAURENT ET CHARRAS