Brevet FR2970477A1 — publié le 20120720

Composition et procédé pour la fabrication d'un matériau rigide à base de matière algale, utilisable notamment comme support d'impression 1. Domaine de l'invention Le domaine technique de l'invention est celui des matériaux incorporant de la matière organique d'origine naturelle. Plus précisément, l'invention concerne une composition et un procédé pour la fabrication d'un matériau rigide. L'invention trouve notamment mais non exclusivement une application dans la conception de supports publicitaires et/ou de communication, mais également par exemple dans le domaine de la signalétique, des arts de la table et de la décoration, de l'ameublement, ou encore dans la fabrication de barquettes alimentaires, de panneaux d'isolation phonique et/ou thermique, et de panneaux non inflammables et résistants au feu. 2. Etat de la technique De nombreux objets rigides sont fabriqués à base de matière plastique synthétique thermoplastique ou thermodurcissable, du fait de la facilité de mise en forme de cette matière première, de sa légèreté, et de son faible coût actuel. Le coût des matières plastiques dépend cependant étroitement des fluctuations des cours du pétrole, ce qui impacte directement la production industrielle d'objets rigides en plastique. Il est en outre appelé à croître significativement dans les prochaines décennies du fait de la raréfaction prévue des ressources en pétrole. Par ailleurs les déchets plastiques peuvent constituer une source de pollution durable et/ou défigurer le paysage, s'ils sont abandonnés dans la nature. On connait des matériaux faciles à mettre en forme, obtenus à partir de matière organique, telle que l'amidon modifié par exemple. Un inconvénient de ces matériaux est qu'ils ne sont pas adaptés pour fabriquer des objets rigides ne pliant pas et résistant à des efforts de déformation. On constate en effet que les objets rigides produits actuellement à partir de ces matériaux incorporent inévitablement des matières plastiques synthétiques destinées à leur conférer leur rigidité, ce qui réduit leur intérêt. Un autre inconvénient de ces matériaux est que leur durée de vie est limitée à quelques semaines, voire quelques mois. Encore un inconvénient de ces matériaux est qu'ils sont sensibles à l'humidité. Ces matériaux présentent également l'inconvénient d'être coûteux. La production de ces matériaux confisque en outre des ressources agricoles utiles dans le but de produire des objets manufacturés, au détriment d'une production de nourriture pour la population ou pour l'élevage, ce qui n'est pas satisfaisant. 3. Obiectifs de l'invention L'invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus. Plus précisément l'invention a pour objectif de proposer une composition à base de matières premières d'origine naturelle, permettant de fabriquer un matériau d'une rigidité convenable. Un objectif de l'invention est notamment, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, de fabriquer à partir d'une telle composition un matériau pouvant se substituer à un matériau plastique ou à du carton. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle composition qui soit malléable et permette de produire des objets monoblocs de formes complexes. Un autre objectif de l'invention est d'offrir une telle composition qui permette d'obtenir un matériau présentant une aptitude convenable à se dégrader au moins partiellement, qui soit bio-assimilable par l'environnement, et de préférence conforme à la norme européenne EN-13432 ou à la norme NFU 52001. Un objectif de l'invention est dans au moins un mode de réalisation particulier de l'invention, de proposer une composition permettant d'obtenir, dans une certaine mesure, un matériau inerte, ou en d'autres termes un matériau stable sur un plan physico-chimique, vis-à-vis de l'action de l'humidité et/ou du feu par exemple. Un objectif de l'invention est également de fournir une telle composition qui conduise à un matériau léger. Un autre objectif de l'invention est, dans un mode de réalisation particulier de l'invention, de proposer une composition permettant d'obtenir un matériau imprimable, et/ou sur lequel peuvent adhérer des peintures. Encore un objectif de l'invention est de fournir une technique de fabrication d'un matériau rigide à partir d'une telle composition qui soit simple à mettre en oeuvre, fiable, et d'un coût de revient réduit. 4. Exposé de l'invention La demanderesse a constaté de manière surprenante et inattendue, en recherchant une solution permettant d'atteindre ces objectifs, qu'en mélangeant dans des proportions inédites une solution aqueuse avec une poudre utilisable par exemple par ailleurs dans la composition de masques cosmétiques autogélifiants, il était possible d'obtenir un matériau modelable devenant rigide après durcissement. À cet effet, l'invention a pour objet une composition obtenue par mélange d'au moins une poudre du type comprenant 5 à 15 % en poids sec d'un phycocolloïde, 45 à 75 % en poids sec d'un agent de charge, un agent de gélification tel que du sulfate de calcium et un agent de contrôle de la gélification, avec une solution aqueuse, dans des proportions de 20 à 40 g de ladite poudre pour 60g de ladite solution aqueuse. Le fait que cette composition fournisse un matériau rigide et non un gel ou un matériau élastique, pourrait s'expliquer au moins en partie par la proportion inhabituellement faible de solution aqueuse ajoutée dans le mélange. La demanderesse a en outre découvert qu'on obtient un matériau plus rigide en augmentant la proportion de poudre dans le mélange, dans la limite inattendue de 40 pourcents du poids de la composition. En outre, l'utilisation de phycocolloïde, c'est-à-dire d'hydrocolloïdes d'origine algale dont la ressource est essentiellement renouvelable, confère avantageusement une malléabilité substantielle à la composition avant son durcissement. Avantageusement, ladite poudre comprend 1 à 3 % en poids sec d'un agent conservateur alimentaire. Ainsi, on empêche un développement de moisissures dans le matériau fabriqué avec cette composition, susceptibles d'altérer l'aspect et/ou la résistance de ce matériau. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit phycocolloïde est un alginate alcalin. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, il peut s'agir d'un carraghénane, d'un agar-agar, d'un autre type d'alginate connu, ou d'un mélange de différents types de phycocolloïdes. Dans le cadre de l'invention, ce phycocolloïde est avantageusement extrait d'algues marines ou d'algues d'eau douce choisies dans la famille des Chlorophycées, des Rhodophycées et/ou des Phaéophycées. Des algues de culture, des algues de dérive, ou des algues d'échouage conviennent également pour la préparation dudit phycocolloïde. Ces algues peuvent par exemple être du genre Laminaria, Fucus, Ascophyllum, Sargassum ou Saccorhiza, et plus précisément, des espèces Fucus vesiculosus, Fucus serratum, et Laminaria elongata. Il peut également être envisagé d'extraire ce phycocolloïde des algues vertes qui envahissent certaines parties du littoral. Dans une variante, des hydrocolloïdes de synthèse peuvent également être utilisés. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit agent de charge est formé de terre de diatomées et/ou de kaolin. La présence avantageuse d'agents de charge inertes présentant une faible affinité pour l'eau, tels que la terre de diatomées et/ou de kaolin, permet de disperser efficacement les grains de phycocolloïde dans le mélange, ce qui favorise la solubilité progressive de ces grains et empêche la formation d'agglomérats de grains mal solubilisés. On obtient ainsi après mélange une composition de texture homogène, présentant une surface sensiblement lisse. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit agent de charge comprend en outre de la cellulose. On obtient ainsi un matériau fibreux plus résistant. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un matériau rigide comprenant les étapes suivantes : - préparation d'une composition apte à durcir telle que celles décrites ci-dessus obtenue par mélange de 20 à 40 g d'une poudre du type comprenant 5 à 15 % en poids sec d'un phycocolloïde, 45 à 75 % en poids sec d'un agent de charge, un agent de gélification tel que du sulfate de calcium et un agent de contrôle de la gélification, avec 60g d'une solution aqueuse en proportions, comprenant une étape de mélange homogène sous vide de ladite composition; - formation d'une couche d'au moins trois millimètres, et préférentiellement d'au moins cinq millimètres de ladite composition préparée ; - mise au repos de ladite couche pendant une durée convenable, permettant d'aboutir à un durcissement de ladite couche ; - pressage de ladite couche durcie pendant une durée prédéterminée comprenant au moins une étape d'absorption de l'excédent de liquide extrait de ladite couche pressée ; - déshydratation de ladite couche pressée à une température inférieure ou égale à 80°C, permettant d'obtenir ledit matériau rigide. Il convient de noter que dans le cadre de l'invention, on entend par une durée convenable de mise au repos une période d'au moins deux minutes, et préférentiellement de trois à huit minutes selon la composition préparée. Par exemple pour obtenir une pied de table, on peut mélanger, sous vide, environ 300g de poudre avec 700g d'eau distillée pendant cinq minutes, jusqu'à obtenir une pâte homogène, verser une couche de quarante millimètres de cette pâte dans un moule et la faire reposer pendant sept minutes, puis la presser sous une pression répartie de 1 N/cm2, et la déshydrater en appliquant trois paliers de température à 35, 55 et 80°C d'environ quatre heures chacun. Le procédé de fabrication selon l'invention convient également pour la fabrication d'objets de 70, 100, 150 ou 200 millimètres d'épaisseur, par exemple. Pour de tels objets la durée de pressage et de déshydratation est cependant plus importante, et peut atteindre 24 heures. On note que la formation d'une couche d'au moins trois millimètres, et préférentiellement d'au moins cinq millimètres confère une stabilité satisfaisante à celle-ci lors des opérations de pressage et de déshydratation, et prévient notamment l'apparition de micro-fissures et/ou de déformations inacceptables. De plus, on limite avantageusement la température de déshydratation à 80°C pour éviter que la solution aqueuse présente dans le matériau puisse entrer en ébullition et puisse générer des contraintes mécaniques pouvant provoquer une rupture de ce matériau. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit mélange sous vide s'exerce sur une durée de 2 à 5 minutes. On obtient ainsi un mélange homogène exempt de bulles d'air. La demanderesse a par ailleurs observé que plus la quantité de solution aqueuse est importante dans la composition, plus il faut mélanger la poudre et la solution aqueuse pendant une longue durée pour obtenir une pâte homogène. De façon avantageuse, la température de ladite solution aqueuse utilisée pour la préparation de ladite composition est comprise entre 15 et 25°C, et préférentiellement égale à 20°C. La demanderesse a en effet constaté que dans cette plage de température, il est possible de maîtriser la vitesse de durcissement et le taux de retrait de la pâte, de sorte à éviter que la pâte se déforme d'une façon inappropriée en durcissant, et par exemple d'une façon fortement anisotrope, et/ou que la pâte durcie soit fragile. Par ailleurs, on retient préférentiellement pour former la composition des solutions aqueuses dont la concentration en minéraux, et notamment en calcium, et en oligo-éléments est faible, telles que de l'eau déminéralisée ou de l'eau distillée. Préférentiellement, ladite étape de déshydratation présente une exposition à une pluralité de paliers en température. Ainsi, on évacue progressivement l'eau résiduelle du matériau sans altérer les liaisons chimiques formées au sein du matériau, et il est vraisemblable qu'on favorise également en procédant ainsi la catalyse de diverses réactions chimiques au sein du matériau. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, ladite couche est retournée lors de ladite étape de déshydratation. Préférentiellement, ladite couche est retournée plusieurs fois. On évite ainsi que la couche de matériau prenne un galbe. L'invention concerne encore l'utilisation d'un matériau rigide fabriqué à partir d'un procédé de fabrication tel que ceux décrits ci-dessus comme support d'impression, ou comme isolant acoustique et/ou thermique. Elle concerne également son utilisation pour la fabrication d'un dispositif pare-feu et/ou coupe-feu, d'un meuble ou d'une barquette alimentaire. 5. Liste des fiqures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation sous forme de schéma bloc des étapes d'un procédé de fabrication d'un matériau rigide selon l'invention ; - la figure 2 représente une plaque imprimée en matériau rigide obtenu à partir d'une composition selon l'invention, sous une forme schématique. 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention 6.1. Exemple de mode de réalisation de l'invention On donne ci-après à titre d'exemple, et sans caractère limitatif, la formulation d'une poudre de faible granolumétrie utilisée pour former une composition selon l'invention lorsqu'elle est mélangée avec de l'eau déminéralisée dans des proportions de 30g de poudre pour 60g d'eau. Les quantités de chaque constituant de cette poudre sont données en pourcentage pondéral dans le tableau ci-dessous. Exemple 1 : Produit % alginate de sodium 12 terre de diatomées 56 (agent de charge) sulfate de calcium 18 (agent de gélification) tétrasodium pyrophosphate 8 (agent de contrôle d'une gélification) fibres de cellulose 4 agent conservateur alimentaire 2 La description faite ci-après décrit une fabrication d'une plaque de 15 matériau rigide au format A4 en laboratoire. Les mêmes modes opératoires peuvent être à la base d'une fabrication industrielle. Sur la figure 1, on a représenté de façon synoptique les étapes d'un procédé de fabrication d'un matériau rigide selon l'invention à partir de la composition précitée, sous forme de schéma bloc. 20 Une dose de poudre pré-mélangée dont la formulation a été précisée ci-dessus est prélevée dans un seau et versée dans le récipient d'un mélangeur sous vide (étape 11). On ajoute ensuite deux doses d'eau déminéralisée à 20°C dans le récipient (étape 12), et on mélange la poudre et l'eau de façon énergique pendant quatre minutes de façon à obtenir une pâte liquide d'une texture homogène, exempte de grumeaux de poudre (étape 13). Bien entendu, il est envisageable d'inverser l'ordre des étapes 11 et 12. On verse une couche de cette pâte d'une épaisseur de cinq millimètres dans un moule dont les dimensions intérieures correspondent à celles d'une feuille A4, que l'on laisse reposer pendant cinq minutes de façon à permettre la prise de la pâte dans le moule (étape 14). Dans des variantes de ce mode de réalisation particulier de l'invention, il peut bien entendu être envisagé d'adapter la durée de mise au repos de la pâte en fonction en fonction de la température, de la minéralité de la solution aqueuse, et/ou des produits incorporés dans la composition, qui influent sur le temps de prise. Après la prise, on prélève la pâte durcie dans le moule, qui se présente désormais sous la forme d'une plaque de couleur blanche. On note que cette plaque peut présenter une surface d'aspect non lisse, et par exemple gaufrée, en fonction de la forme du moule. Dans une étape 15, on procède au dégorgement de cette plaque en l'enveloppant d'une matière absorbant l'eau, tel qu'une feuille de papier buvard par exemple, et en la maintenant comprimée dans une presse sous une pression de 0,7 N/cm2 pendant quatre heures. On veille lors de cette étape 15 à remplacer régulièrement la matière absorbante qui se sature rapidement avec l'eau exsudant de la plaque. Cette étape 15 de pressage permet d'éviter une déformation, et notamment que la surface de la plaque adopte un aspect irrégulier ou bosselé, lors d'une étape de déshydratation 16 suivante. Dans une variante de ce mode de réalisation de l'invention, il peut également être prévu d'appliquer une pression plus importante sur la plaque pour accélérer la migration de l'eau résiduelle hors de la plaque. On procède ensuite, dans une étape 16, à une déshydratation de la plaque dégorgée dans un déshydrateur prévu à cet effet, afin de réduire fortement le taux d'humidité dans la plaque. Dans le déshydrateur, on expose la plaque à un premier palier en température de 3 heures à 40°C (étape 161), puis à un deuxième palier en température à 80°C, d'une durée de 3 heures (étape 162), et on retourne la plaque toutes les heures afin d'empêcher qu'elle ne se galbe. Pour produire des supports publicitaires à partir de cette plaque, une série de quinze motifs publicitaires identiques 22 sont imprimés en quadrichromie dans une étape 17 sur la plaque rigide obtenue après passage dans le déshydrateur par un procédé d'impression connu en soi, tel que par exemple par tampographie, par sérigraphie ou par impression numérique par jet d'encre végétale. Cette plaque imprimée 21 est représentée sur la figure 2. Dans une étape 18, on usine cette plaque imprimée à l'aide d'une fraise aluminium sans faire usage de lubrifiant, de façon à obtenir quinze pendentifs pour porte-clés identiques, que l'on recouvre d'un film d'une laque biodégradable imperméable pour les protéger de la pluie et des projections d'eau. 6.2. Autres exemples de poudres utilisables dans une composition selon l'invention Deux autres exemples de formulation d'une poudre utilisable dans une composition selon l'invention sont détaillés dans les tableaux ci-dessous. Exemple 2 : Produit % pondéral alginate de sodium 11 kaolin 64 (agent de charge) sulfate de calcium 16 (agent de gélification) tétrasodium pyrophosphate 7,5 (agent de contrôle d'une gélification) agent conservateur alimentaire 1,5 Exemple 3 : Produit % pondéral alginate de sodium 15 terre de diatomées 49 (agent de charge) sulfate de calcium 24 (agent de gélification) tétrasodium pyrophosphate 10 (agent de contrôle d'une gélification) agent conservateur alimentaire 2 6.3. Autres caractéristiques et avantages de l'invention Dans des variantes des modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, il peut également être prévu : - de substituer de la carraghénane ou de l'agar-agar à l'alginate rentrant dans la formulation de la poudre ; - d'incorporer des pigments ou des colorants dans la poudre ou dans la solution aqueuse pour teinter la composition dans la masse ; - d'utiliser un agent de charge comprenant une argile organophile, choisie dans le groupe des bentonites, des hectorites ou des montmorillonites. Dans une autre variante, il peut être envisagé, sans sortir du cadre de l'invention, de verser la pâte obtenue après mélange d'une composition selon l'invention dans une empreinte permettant de donner au matériau rigide une forme définitive. REVENDICATIONS1. Composition apte à durcir pour la fabrication d'un matériau rigide, obtenue par mélange d'au moins une poudre du type comprenant 5 à 15 % en poids sec d'un phycocolloïde, 45 à 75 % en poids sec d'un agent de charge, un agent de gélification tel que du sulfate de calcium et un agent de contrôle de la gélification, avec une solution aqueuse, caractérisée en ce qu'elle comprend de 20 à 40 g de ladite poudre pour 60g de ladite solution aqueuse en proportions. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite poudre comprend 1 à 3 % en poids sec d'un agent conservateur alimentaire. 3. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit phycocolloïde est un alginate alcalin. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit agent de charge est formé de terre de diatomées et/ou de kaolin. 5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit agent de charge comprend en outre de la cellulose. 6. Procédé de fabrication d'un matériau rigide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - préparation d'une composition apte à durcir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant une étape de mélange homogène sous vide de ladite composition ; - formation d'une couche d'au moins trois millimètres, et préférentiellement d'au moins cinq millimètres, de ladite composition préparée ; - mise au repos de ladite couche pendant une durée convenable, permettant d'aboutir à un durcissement de ladite couche ; - pressage de ladite couche durcie pendant une durée prédéterminée comprenant au moins une étape d'absorption de l'excédent de liquide extrait de ladite couche pressée ; - déshydratation de ladite couche pressée à une température inférieure ou égale à 80°C, permettant d'obtenir ledit matériau rigide. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit mélange sous vide s'exerce sur une durée de 2 à 5 minutes. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la température de ladite solution aqueuse utilisée pour la préparation de ladite composition est comprise entre 15 et 25°C, et préférentiellement égale à 20°C. 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite étape de déshydratation présente une exposition à une pluralité de paliers en température. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ladite couche est retournée, lors de ladite étape de déshydratation. 11. Utilisation d'un matériau rigide fabriqué à partir d'un procédé selon l'une des revendications 6 à 10 comme support d'impression. 12. Utilisation d'un matériau rigide fabriqué à partir d'un procédé selon l'une des revendications 6 à 10 comme isolant acoustique et/ou thermique. 13. Utilisation d'un matériau rigide fabriqué à partir d'un procédé selon l'une des revendications 6 à 10 pour la fabrication d'un dispositif pare-feu et/ou coupe-feu. 14. Utilisation d'un matériau rigide fabriqué à partir d'un procédé selon l'une des revendications 6 à 10 pour la fabrication d'un meuble. 15. Utilisation d'un matériau rigide fabriqué à partir d'un procédé selon l'une des revendications 6 à 10 pour la fabrication d'une barquette alimentaire.25