Brevet FR3002177A1 — publié le 20140822

Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes et procédé de fabrication d'objets rigides à partir de ladite poudre Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des matériaux renouvelables et biodégradables. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de préparation d'une poudre à partir de macroalgues et un procédé de fabrication d'objets rigides à partir de cette poudre. L'invention trouve notamment une application dans la production de produits manufacturés, tels que des supports publicitaires, des supports de communication, des panneaux signalétiques, des coques de téléphone ou des bouchons. 1. Etat de la technique Les macroalgues brunes, encore appelées Phéophycées, constituent la classe d'algue la plus abondante dans les eaux froides ou tempérées du globe. Elles demeurent cependant une ressource végétale largement sous-exploitée. Il est connu de traiter des macroalgues brunes dans le but d'extraire de l'alginate destiné à l'industrie agroalimentaire, à l'industrie pharmaceutique ou à l'industrie cosmétique, par exemple. On connait également des procédés d'extraction de substances actives agissant comme produit phytosanitaire contenues dans les macroalgues brunes. Plus récemment, on a proposé de produire du bioéthanol à partir de macroalgues brunes par fermentation bactérienne de certains sucres présents dans la paroi de ces algues. Les macroalgues brunes sont donc jusqu'à présent exploitées uniquement pour en extraire les alginates et certains fucanes sulfatés contenus dans leurs parois. Après extraction, les fucanes sulfatés et/ou les alginates résiduels et le squelette de la paroi, formé essentiellement de cellulose et d'hémicellulose, constituent actuellement un déchet pour les entreprises industrielles qui exploitent des macroalgues brunes, faute de débouché. Ces dernières doivent en particulier assurer un stockage de ce déchet et son élimination par compostage ou épandage agricole, ce qui présente un coût. Il existe donc une attente d'une solution de valorisation de ce déchet. On a proposé, par exemple dans le document U52010/0272940, de substituer dans des produits manufacturés en plastique une partie de la matière plastique synthétique par de la matière provenant d'algues. Ces techniques de substitution connues du plastique par des algues privilégient cependant l'utilisation de microalgues qui sont notamment plus riches en cellulose que les macroalgues. Elles présentent en outre l'inconvénient de ne permettre de remplacer que partiellement de la matière plastique synthétique par de la matière algale. 2. Objectifs 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 fournir une matière première totalement ou au moins majoritairement produite à partir de macroalgues brunes qui puisse être mise en oeuvre pour fabriquer des objets manufacturés rigides. L'invention a notamment pour objectif particulier, dans un mode de réalisation particulier de l'invention, de proposer cette matière première sous forme d'une poudre de qualité constante et de propriétés homogènes. Un objectif de l'invention est également de fournir une technique de fabrication d'objets manufacturés à partir de macroalgues brunes qui soit simple à mettre en oeuvre et fiable. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique de fabrication qui soit d'un coût d'exploitation réduit. Encore un objectif de l'invention est de valoriser un déchet issu d'une exploitation des macroalgues brunes dans des filières industrielles. 3. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l'aide d'un procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes, destinée à la fabrication d'objets manufacturés rigides. Dans le cadre de l'invention, on entend par l'expression "objet rigide" un objet qui ne plie pas et qui résiste aux efforts de déformation et qui en conséquence se distingue des objets souples ou flexibles. Selon l'invention, un tel procédé de préparation comprend les étapes suivantes dans cet ordre : - récolte et lavage desdites macroalgues brunes à l'eau douce ou à l'eau de mer, de sorte à éliminer le sable et les éventuels coquillages ou débris de roche ; - traitement desdites macroalgues brunes par des acides faibles, tels que l'acide acétique ou l'acide citrique, par immersion desdites macroalgues dans un bain d'acide faible et/ou par pulvérisation dudit acide faible sur lesdites macroalgues ; - broyage desdites macroalgues brunes ; - filtration, de sorte à extraire un résidu d'algues non solubilisé, ou en d'autres termes un résidu solide ; - broyage dudit résidu puis séchage dudit résidu pendant 5 à 48 heures à une température de 30°C et 60°C, de sorte à obtenir une poudre de granulométrie comprise entre 0,5 et 1,5 millimètre et présentant un taux d'humidité résiduelle inférieur ou égal à 26 %. Ainsi, de façon inédite, l'invention propose de préparer une matière première sous forme de poudre essentiellement à partir de macroalgues brunes. Il convient par ailleurs de noter que le procédé de préparation d'une poudre selon l'invention est particulièrement simple et économique Dans le cadre de l'invention, on entend le terme acide faible dans son acception générale. Il s'agit donc d'un acide partiellement insoluble dans l'eau. Dans une variante de l'invention, il peut également être envisagé de traiter les macroalgues brunes en utilisant des acides dilués dans l'eau. Il convient de noter que le séchage du résidu peut être réalisé dans un four, par exemple un four rotatif, un sécheur ou une étuve. Le fait de maintenir la température du résidu entre 30 et 60°C pendant la phase de séchage est particulièrement avantageux, car ainsi on n'altère pas les propriétés du résidu. Par ailleurs le fait d'abaisser le taux d'humidité de la poudre en dessous de 26% permet sa conservation pendant plusieurs mois sans quelle se délite dans le cas d'une reprise d'humidité. Bien entendu la durée de séchage nécessaire pour obtenir une poudre dont le taux d'humidité est inférieur ou égal à 26% dépend du taux d'humidité initial du résidu sur lequel on opère le séchage. Préférentiellement, ledit résidu extrait présente un taux d'humidité supérieur ou égal à 30%. Un résidu trop sec risque en effet de se transformer après broyage et séchage en une poudre non homogène. Avantageusement, lesdites macroalgues sont choisies parmi les algues brunes de l'ordre des laminariales ou de l'ordre des fucales. Il peut dans certains cas s'agir d'un mélange de laminariales et/ou de fucales. De préférence, lesdites macroalgues sont choisies parmi les espèces laminaria digitata, ascophyllum nodosum et les espèces du genre fucus. Dans des variantes de l'invention, lesdites macroalgues peuvent être de l'espèce laminaria sacchoriza ou laminaria hyperborea ou du genre lessonia. Selon un aspect particulier de l'invention, le taux d'humidité résiduel de ladite poudre est compris entre 7 et 26%. Les inventeurs ont en effet constaté qu'un taux d'humidité résiduel au moins égal à 7% confère de la fluidité à la matière constitutive de la poudre ce qui améliore sa capacité à être mise en forme. Dans au moins un mode de réalisation particulier de l'invention, la densité de ladite poudre est comprise entre 0,4 et 0,8. On obtient ainsi une matière légère. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes décrit ci-dessus comprend une étape d'ajout d'un colorant ou de pigments colorés audit résidu lors de l'étape de broyage dudit résidu dans des proportions comprises entre 0,5 et 5% en masse de la masse totale dudit résidu. On obtient ainsi une poudre colorée dans la masse. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, il peut également être prévu de blanchir la poudre en ajoutant un acide, par exemple de l'eau de javel, et/ou une enzyme lors de l'étape de broyage et, le cas échéant, un tensioactif destiné à disperser les éléments colorants naturels des macroalgues, ou chloroplastes. De façon avantageuse, le procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes décrit ci-dessus comprend une étape d'ajout audit résidu, lors de l'étape de broyage dudit résidu, d'un agent absorbant d'odeur, tel que des particules de charbon actif, de zéolithe ou de silice poreuse, ou d'un agent odorant, telle que la vanilline par exemple, apte à supprimer ou à masquer l'odeur dudit résidu dans des proportions comprises entre 0,5 et 5% en masse de la masse totale dudit résidu. On retire ainsi à la poudre son odeur iodée prégnante, qui peut être entêtante ou désagréable. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon l'invention comprend une étape d'ajout audit résidu, lors de ladite étape de broyage, de 0,3 à 2% en masse d'albumine rapportée à la masse totale dudit résidu. On augmente ainsi la rigidité des particules de poudre. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un objet rigide à partir d'une poudre produite à partir de macroalgues brunes traitées par des acides faibles, ladite poudre présentant une granulométrie comprise entre 0,5 et 1,5 millimètre et un taux humidité résiduelle inférieur ou égal à 26%. Selon l'invention, un tel procédé de fabrication d'un objet rigide à partir d'une poudre produite à partir de macroalgues brunes comprend une étape de thermo-compression de ladite poudre dans un moule, ladite poudre étant portée à une température comprise entre 50 et 180°C, de préférence entre 60 et 160°C, et soumise à une pression comprise entre 400 et 4000 bars pendant 50 à 200 secondes. L'invention propose ainsi, de façon astucieuse, de former des objets rigides à partir de poudre d'algues compactée, ce qui est particulièrement simple et efficace. Notamment, grâce à l'humidité présente dans la poudre, les particules de poudres peuvent s'agglomérer de façon fluide et homogène et se lier solidement entre elles. Il convient de noter que la température et la durée d'application de la pression peuvent être optimisées en fonction de l'épaisseur et de la taille de l'objet fabriqué. Dans au moins un mode de réalisation avantageux de l'invention, le procédé de fabrication décrit ci-dessus comprend une étape d'application au moins partielle d'une laque hydrofuge sur la surface de la poudre thermocompressée. On protège ainsi le corps de l'objet d'une reprise d'humidité. 4. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une représentation synoptique sous forme de diagramme des étapes d'un exemple de procédé de préparatino d'une poudre à partir de macroalgues brunes selon l'invention ; la figure 2 est une vue d'une poudre obtenue par le procédé de préparation présenté en référence à la figure 1 ; la figure 3 présente un presse de thermocompression utilisée pour former un bouchon à partir de poudre de macroalgues brunes ; - la figure 4 est une vue schématique d'un bouchon fabriqué en thermo-compressant une poudre de macroalgues brunes à l'aide de la presse présentée en référence à la figure 3. 5. Description d'un exemple détaillé de l'invention On a représenté sous forme de schéma-bloc, en figure 1, les étapes d'un exemple de procédé de préparation d'une poudre destinée à la fabrication d'objets manufacturés rigides, à partir d'un mélange de laminaria digitata et d'ascophyllum nodosum, encore appelé goémon noir. Après récolte de ces macroalgues brunes sur l'estran, celles-ci sont transformées sur une ligne de production d'une usine de préparation de poudre, où elles sont dans une première étape lavées par ruissellement d'eau de mer pour ôter le sable et les coquillages enchevêtrés dans les thalles d'algues (étape 11). On traite ensuite ces macroalgues par de l'acide acétique, en les immergeant dans un bain d'acide acétique (étape 12). Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, on traite environ 70% en poids de laminaria digitata et 30% en poids d'ascophyllum nodosum. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, il peut être envisagé de traiter uniquement des laminaria digitata ou des ascophyllum nodosum ou un mélange de ces deux espèces de macroalgues dans des proportions respectives quelconques. On prélève les algues traitées et on les introduit dans un broyeur à couteaux où elles sont écrasées et déchiquetées jusqu'à obtenir une pâte humide (étape 13). Cette pâte humide est déversée sur un tamis filtrant, où l'acide acétique enrichi de constituants organiques solubilisés est évacué au travers des mailles du tamis dans une étape 14. On conserve le résidu solide d'algues ainsi obtenu. Dans une variante de ce mode de réalisation, un résidu d'algues traité à l'acide faible peut être obtenu auprès d'une usine de production d'alginates, dans laquelle on extrait les alginates par précipitation des sels d'acide alginique solubilisés contenus dans un jus de lixiviation tiré d'un broyat d'algues brunes exposées à un milieu acide. Le résidu d'algues traité à l'acide faible constitue en effet un déchet de ces usines. L'utilisation de ce déchet permet notamment de préparer une poudre de macroalgues brunes à un prix particulièrement avantageux. Lors d'une étape 15, le résidu solide d'algues est broyé puis séché dans un tunnel de séchage à air chaud pendant 6 heures sous une température de 50°C. Lors du broyage du résidu, on lui ajoute progressivement 1% en masse, rapportée à la masse totale du résidu, de fines de charbon actif pour masquer l'odeur qui émane de celui-ci (étape 151). À la sortie du tunnel de séchage, la poudre d'algues obtenue est transportée sur un convoyeur à bande ajourée vibrant, de maille 1/2 pouce, au travers duquel elle est calibrée sous forme d'une poudre de granulométrie égale à 1±0,5mm et ensachée (étape 16). La figure 2 est une vue de dessus d'un sachet ouvert de poudre 21 obtenue par le procédé de préparation selon l'invention. Chaque ligne de production de l'usine permet ainsi de préparer en continu environ 3 tonnes de poudre par heure, à un coût intéressant. On note que dans ce mode de réalisation particulier de l'invention le taux d'humidité résiduel de la poudre est d'environ 21%. La poudre ainsi obtenue est directement utilisable pour fabriquer des objets manufacturés. On a illustré sur la figure 3 une presse de thermocompression 31 développant une pression de 12 tonnes/cm2 permettant de fabriquer des bouchons filetés de 54 mm de diamètre à partir d'une poudre de macroalgues brunes. Comme on peut le voir sur la figure 3, la presse 31 présente une tête de piston équipée d'une empreinte chauffée à 105°C par induction. Par souci de maitrise du process de fabrication la température de l'empreinte du piston est régulée. La poudre est dosée automatique par un débit d'aspiration dans le moule inférieur 32 porté à une température régulée de 105°C. Dans cet exemple, on dose 16g de poudre dans le moule et on exerce sur la poudre une force de 12 tonnes avec la tête de piston pendant un temps de cycle de 120s, de sorte à porter la température de la poudre à environ 70°C. On obtient un bouchon 41 d'une masse d'environ 14g illustré de façon schématique sur la figure 4, dans une vue en perspective. On pulvérise ensuite une laque hydrofuge sur le bouchon afin de le rendre insensible à l'humidité. Dans une étape suivante, la surface du bouchon est décorée par tampographie ou par impression numérique. On note qu'avantageusement, lors de l'utilisation d'un outillage à empreinte, la température des empreintes est choisie entre 75 et 110°C.15 REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes, destinée à la fabrication d'objets rigides, caractérisée en ce qu'il comprend les étapes suivantes dans cet ordre : - récolte et lavage desdites macroalgues brunes ; - traitement desdites macroalgues brunes par des acides faibles, tels que l'acide acétique ou l'acide citrique, par immersion desdites macroalgues dans un bain d'acide faible et/ou par pulvérisation dudit acide faible sur lesdites macroalgues ; - broyage desdites macroalgues brunes ; - filtration, de sorte à extraire un résidu d'algues non solubilisé ; - broyage dudit résidu puis séchage dudit résidu pendant 5 à 48 heures à une température de 30°C et 60°C, de sorte à obtenir une poudre de granulométrie comprise entre 0,5 et 1,5 millimètre et présentant un taux d'humidité résiduelle inférieur ou égal à 26 %. 2. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit résidu extrait présente un taux d'humidité supérieur ou égal à 30%. 3. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon l'une 20 quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites macroalgues sont choisies parmi les algues brunes de l'ordre des laminariales ou de l'ordre des fucales. 4. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites macroalgues sont choisies 25 parmi les espèces laminaria digitata, ascophyllum nodosum et les espèces du genre fucus. 5. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le taux d'humidité résiduel de ladite poudre est compris entre 7 et 26%. 6. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la densité de ladite poudre est comprise entre 0,4 et 0,8. 7. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'ajout d'un colorant ou de pigments colorés audit résidu lors de l'étape de broyage dudit résidu dans des proportions comprises entre 0,5 et 5% en masse de la masse totale dudit résidu. 8. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'ajout audit résidu, lors de l'étape de broyage dudit résidu, d'un agent absorbant d'odeur ou d'un agent odorant apte à éliminer ou à masquer l'odeur dudit résidu dans des proportions comprises entre 0,5 et 5% en masse de la masse totale dudit résidu. 9. Procédé de préparation d'une poudre de macroalgues brunes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'ajout audit résidu, lors de ladite étape de broyage, de 0,3 à 2% en masse d'albumine rapportée à la masse totale dudit résidu. 10. Procédé de fabrication d'un objet rigide à partir d'une poudre produite à partir de macroalgues brunes traitées par des acides faibles, ladite poudre présentant une granulométrie comprise entre 0,5 et 1,5 millimètre et un taux humidité résiduelle inférieur ou égal à 26%, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de thermo-compression de ladite poudre dans un moule, ladite poudre étant portée à une température comprise entre 50 et 180°C, de préférence entre 60 et 160°C, et soumise à une pression comprise entre 400 et 4000 bars pendant 50 à 200 secondes. 11. Procédé de fabrication d'un objet rigide selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'application au moins partielle d'une laque hydrofuge sur la surface de la poudre thermo-compressée.30