Brevet FR3160190A1 — publié le 20250919

Titre : Procédé de fabrication d’un objet à base de fibres cellulosiques et objet à base de fibres cellulosiques ainsi fabriqué L’invention concerne un procédé de fabrication d’un objet à base de fibres cellulosiques et un objet à base de fibres cellulosiques ainsi fabriqué. Le procédé de fabrication 10 est essentiellement tel qu’il comprend les étapes suivantes : Mélanger 12, avec de l’eau, une matière sèche comprenant au moins entre 80 et 99 %, de préférence entre 90 et 99%, de fibres cellulosiques et entre 1 et 20 %, de préférence entre 1 et 10%, d’un polymère soluble dans l’eau préférentiellement naturel ou d’un additif rétenteur d’eau de sorte d’obtenir une pâte à base de fibres cellulosiques à une concentration en poids de matière sèche sensiblement comprise entre 10 et 70%, de préférence entre 20 et 50 %, Sans la sécher, mettre la pâte en forme 14 dans un moule de l’objet à fabriquer, Sécher 16, par thermocompression, la pâte mise en forme dans le moule. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de fabrication d’un objet à base de fibres cellulosiques et objet à base de fibres cellulosiques ainsi fabriqué La présente invention concerne la fabrication d’objets, notamment tridimensionnels, à base de fibres cellulosiques. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un objet à base de fibres cellulosiques et un objet à base de fibres cellulosiques ainsi fabriqué. ETAT DE LA TECHNIQUE Face aux inquiétudes environnementales et à la prolifération de déchets d’emballages plastiques, de nouvelles législations sont en train d’être mises en place un peu partout dans le monde sur les emballages à usage unique, notamment en Europe avec l’application de la directive européenne de 2018 sur le sujet. Il faut donc trouver de nouvelles solutions pour remplacer les plastiques et ces solutions doivent être aussi performantes, mais également être recyclables, biosourcées et biodégradables. Seule la cellulose possède ces 3 propriétés. Toutefois des progrès doivent être proposés pour la mise en forme et les performances des matériaux cellulosiques. En prenant l’exemple d’un bouchon de fermeture, d’un ustensile ou contenant complexe, actuellement tous préparés en injection plastique, la présente invention vise typiquement à fournir une alternative à base de fibres cellulosiques. Les fibres cellulosiques sont largement utilisées dans le domaine du packaging. Outre les papiers et cartons, un procédé de cellulose moulée humide existe depuis de nombreuses années qui utilise des suspensions fibreuses très diluées (0,1-1wt%) nécessitant une étape de compression / aspiration pour évacuer une partie de l’eau présente dans le matelas fibreux. Par ailleurs, un procédé de moulage à sec existe depuis peu et permet d’obtenir un objet 3D simple à partir de bobine de papier transformé en airlaid. Cependant, tout comme le procédé de cellulose moulée, les formes complexes demandant des angles droits, fermés ou des objets pleins ne sont pas réalisables à base de cellulose via ces procédés. De plus les objets produits par cellulose moulée sèche ne peuvent actuellement pas dépasser 3cm de profondeur Des entreprises, telles que la société Nissha® ou la société Paperfoam®, proposent quant à elles des solutions d’injection de cellulose, qui sont plutôt des composites de cellulose avec des teneurs en cellulose allant de 20 à 60% en complément d’une matrice polymère de type amidon ou d’alcool polyvinylique (PVOH) et de nombreux additifs. Il existe un besoin en termes de fourniture de produits d’emballage à base de fibres cellulosiques qui soient recyclables et recyclés, biosourcés et biodégradables et dont le procédé de fabrication lui-même serait plus respectueux de l’environnement. La présente invention vise à répondre au moins en partie à ce besoin. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect de l’invention, on prévoit un procédé de fabrication d’un objet à base de fibres cellulosiques comprenant les étapes suivantes : Mélanger, avec de l’eau, une matière sèche comprenant au moins entre 80 et 99 %, de préférence entre 90 et 99%, de fibres cellulosiques et entre 1 et 20 %, de préférence entre 1 et 10%, d’un polymère soluble dans l’eau, préférentiellement naturel et soluble à froid, et encore plus préférentiellement de longue chaine moléculaire, ou d’un polymère rétenteur d’eau de sorte d’obtenir une pâte à base de fibres cellulosiques à une concentration en poids de matière sèche sensiblement comprise entre 10 et 70%, de préférence entre 20 et 50 %, et encore plus préférentiellement entre 20 et 30 %, Sans la sécher, mettre la pâte en forme 2D ou 3D dans un moule de l’objet à fabriquer, Sécher, par thermocompression, la pâte mise en forme dans le moule. Selon un deuxième aspect de l’invention, on prévoit un objet à base de fibres cellulosiques comprenant ou composé de : fibres cellulosiques à une concentration en poids de matière sèche comprise entre 80 et 99 %, de préférence entre 90 et 99%, et un polymère soluble dans l’eau, préférentiellement naturel et soluble à froid, et encore plus préférentiellement de longue chaine moléculaire, ou un polymère et/ou additif rétenteur d’eau à une concentration en poids de matière sèche comprise entre 1 et 20 %, de préférence entre 1 et 10%. L’objet selon le deuxième aspect de l’invention constitue par exemple un emballage en trois dimensions. Il est avantageusement exempt d’amidon et/ou d’alcool polyvinylique (PVOH). BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : FIG. 1 La FIG. 1 représente un ordinogramme d’un mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon le premier aspect de l’invention. FIG. 2 La FIG. 2 représente schématiquement une coupe dans un mode de réalisation d’un objet à base de fibres cellulosiques selon le deuxième aspect de l’invention, l’objet prenant la forme d’un contenant, et plus particulièrement d’un pot de yaourt. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement : Selon un exemple du premier aspect de l’invention, le mélange est réalisé dans une extrudeuse bi-vis. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, l’étape consistant à mettre en forme la pâte est réalisée à température ambiante. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, la matière sèche à mélanger comprend en outre des nanocristaux, nanofibrilles ou microfibrilles de cellulose à une concentration comprise entre 0,01 et 50% en poids de matière sèche, préférentiellement de 1 à 20%. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, la matière sèche à mélanger comprend en outre au moins un agent moussant de type tensioactif à une concentration comprise entre 0,01 et 10% en poids de matière sèche. Avantageusement, cet agent moussant permet de rendre l’objet fabriqué plus léger, lui permet de sécher plus vite et permet de stabiliser les dimensions de l’objet. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, l’étape consistant à mettre en forme la pâte est réalisée par injection. Selon un exemple alternatif au précédent, l’étape consistant à mettre en forme la pâte est réalisée par moulage par transfert. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, les fibres cellulosiques à mélanger sont issues d’une pâte à papier. Selon l’exemple précédent, le polymère soluble dans l’eau, préférentiellement naturel, ou l’additif rétenteur d’eau pouvant être choisi parmi : les éthers de cellulose (HPMC, HEC, HPC, CMC) un polymère synthétique (ex : Poly ethylene glycol, polyvinyle alcool), de la gomme de guar, de caroube, de xanthane, un alginate, de l’agar-agar, des carraghénanes, des pectines ou hémicelluloses, des nanocristaux ou nanofibrilles de cellulose fonctionnalisées ou non, et leurs mélanges. Selon un exemple, au moins un additif classique dans le domaine de la papeterie et de la cellulose moulée peut être ajouté à la formulation qui peut par exemple être choisi parmi : des charges minérales, des additifs d’hydrophobisation de type cire, huiles siccatives ou emulsion de polymère par exemple, des additifs de fonctionnalisation des fibres de cellulose tels que l’AKD (Alkyl Ketene Dimere), de la résine de colophane, ou l’ASA (Alkenyl Succinic Anhydride) par exemple, un agent de résistance à l’état humide, et leurs mélanges. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, l’étape de séchage par thermocompression est réalisée à une température sensiblement comprise entre 100 et 200°C, préférentiellement sensiblement comprise entre 120 et 180°C, et/ou à une pression sensiblement comprise entre 1 et 40 MPa. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, l’étape de séchage par thermocompression est réalisée à l’aide d’une thermopresse en l’ouvrant, puis en la renfermant, au moins une fois, pour permettre l’évacuation de l’eau sous forme de vapeur d’eau. Selon un exemple alternatif au, ou complémentaire du, précédent, l’étape de séchage par thermocompression est réalisée à l’aide d’une thermopresse présentant au moins un élément perforé de sorte à permettre l’évacuation de l’eau sous forme de vapeur par les perforations du dit au moins un élément. Selon un exemple du premier aspect de l’invention, la pâte à mettre en forme est exempte d’amidon et/ou d’alcool polyvinylique (PVOH). On entend par une pâte à base d’un matériau A, une pâte comprenant ce matériau A et éventuellement d’autres matériaux. On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur. Le premier aspect de l’invention portant sur un procédé de fabrication 10 d’un objet 1 à base de fibres cellulosiques est décrit ci-dessous en référence à la FIG. 1 . Ce procédé est essentiellement tel qu’il comprend les étapes suivantes : Mélanger 12, avec de l’eau, une matière sèche comprenant au moins entre 80 et 99 %, de préférence entre 90 et 99%, de fibres cellulosiques et entre 1 et 20 %, de préférence entre 1 et 10%, d’un polymère soluble dans l’eau, préférentiellement naturel, ou d’un additif rétenteur d’eau de sorte d’obtenir une pâte à base de fibres cellulosiques à une concentration en poids de matière sèche sensiblement comprise entre 10 et 70%, de préférence entre 20 et 50 %, et encore plus préférentiellement entre 20 et 30 %, Sans la sécher, mettre la pâte en forme 14 dans un moule de l’objet à fabriquer, Sécher 16, par thermocompression, la pâte mise en forme dans le moule. Le polymère soluble dans l’eau préférentiellement naturel ou l’additif rétenteur d’eau a pour effet de permettre l’injection ou le moulage par transferts de la pâte issue du mélange 12. Le mélange 12 est de préférence réalisé dans une extrudeuse bi-vis, pour assurer une bonne homogénéité de la pâte. L’étape consistant à mettre en forme 14 la pâte peut avantageusement être réalisée à température ambiante (typiquement entre 20 et 30°C), limitant ainsi le bilan thermique de la fabrication. Le réseau fibreux de l’objet fabriqué 10 peut être renforcé par l’ajout, dans la matière sèche à mélanger 12, de nanocristaux, nanofibrilles ou microfibrilles de cellulose à une concentration comprise entre 0,01 et 50% en poids de matière sèche. Plus particulièrement, une pâte de nanofibrilles ou microfibrilles de cellulose à une concentration comprise entre 0,01 et 50% en poids de matière sèche peut être ajouté en entrée de l’extrudeuse bi-vis, par exemple lors d’un second passage de la pâte à mélanger 12 dans l’extrudeuse bi-vis. En complément ou en alternative, la matière sèche à mélanger 12 peut comprendre en outre au moins un agent moussant de type tensioactif à une concentration comprise entre 0,01 et 10% en poids de matière sèche, Avantageusement, cet agent moussant permet de rendre l’objet fabriqué plus léger, lui permet de sécher plus vite et permet de stabiliser les dimensions de l’objet. L’étape consistant à mettre en forme 14 la pâte est réalisée par injection ou par moulage par transfert, i.e. par des systèmes d’injection, qui, comme l’extrudeuse bi-vis, sont avantageusement déjà présents dans les industries. L’injection ou moulage par transfert d’une pâte de fibres de cellulose concentrée permet avantageusement d’obtenir une gamme d’objets beaucoup plus large que les procédés existants. De façon non limitative, l’objet 1 fabriqué 10 peut par exemple constituer un contenant cellulosique préformé, tel qu’une assiette ou un pot de yaourt (Cf. FIG. 2 ), un ustensile cellulosique préformé, tel qu’un couvert, et un bouchon cellulosique préformé, y compris présentant un filetage. Plus particulièrement, le mélange 12 peut être injecté dans un moule en sortie de l’extrudeuse bi-vis ou a posteriori par un moulage par transfert. Les fibres cellulosiques à mélanger 12 peuvent avantageusement être issues d’une pâte à papier ou de n’importe quelles autres sources cellulosiques, notamment biosourcées, tels que les différents types de pâtes à papiers, résineux, feuillus, blanchi, non blanchi, fibres de plantes annuelles telles que le lin, le chanvre, la paille de blé mais aussi des agro déchets tels que les fibres d’algues, la pulpe de betterave, le marc de café et/ou leur mélange. Avantageusement, le polymère soluble dans l’eau est naturel et rétenteur d’eau. Plus particulièrement, il peut être un additif naturel rétenteur d’eau aux propriétés lubrifiantes. Il peut être issu de ressources naturelles et renouvelables, voire de déchets. Plus particulièrement, le polymère soluble dans l’eau préférentiellement naturel ou l’additif rétenteur d’eau peut être choisi parmi : les éthers de cellulose (HPMC, HEC, HPC, CMC) un polymère synthétique (ex : Poly ethylene glycol, polyvinyle alcool), de la gomme de guar, de caroube, de xanthane un alginate, de l’agar-agar, des carraghénanes, des pectines ou hémicelluloses des nanocristaux ou nanofibrilles de cellulose fonctionnalisées ou non des charges minérales, telles que des charges rétenteurs d’eau des additifs d’hydrophobisation de type cire, huiles siccatives ou emulsion de polymère par exemple des additifs de fonctionnalisation des fibre de cellulose tels que l’AKD (Alkyl Ketene Dimere), de la résine de colophane, ou l’ASA (Alkenyl Succinic Anhydride) par exemple, et leurs mélanges. Des moules spécifiques et/ou une utilisation spécifique de ces moules peuvent être nécessaires pour réaliser le séchage en thermocompression. Par exemple, l’étape de séchage 16 par thermocompression peut être réalisée à l’aide d’une thermopresse en l’ouvrant, puis en la renfermant, au moins une fois, pour permettre l’évacuation de l’eau sous forme de vapeur d’eau. En alternative ou en complément, l’étape de séchage 16 par thermocompression peut être réalisée à l’aide d’une thermopresse présentant au moins un élément perforé de sorte à permettre l’évacuation de l’eau sous forme de vapeur par les perforations dudit au moins un élément. Il peut être également nécessaire de contrôler finement les paramètres de la thermocompression. Plus particulièrement, l’étape de séchage 16 par thermocompression est réalisée à une température sensiblement comprise entre 100 et 200°C, préférentiellement sensiblement comprise entre 120 et 180°C, et/ou à une pression sensiblement comprise entre 1 et 40 MPa. Il ressort de ce qui précède que l’objet 1 fabriqué peut avantageusement être entièrement biosourcé, biodégradable, recyclable et recyclé en filière papier/carton. L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention. Procédé de fabrication (10) d’un objet (1) à base de fibres cellulosiques comprenant les étapes suivantes : Mélanger (12), avec de l’eau, une matière sèche comprenant au moins entre 80 et 99 %, de préférence entre 90 et 99%, de fibres cellulosiques et entre 1 et 20 %, de préférence entre 1 et 10%, d’un polymère soluble dans l’eau, préférentiellement naturel et soluble à froid, et encore plus préférentiellement de longue chaine moléculaire, ou d’un polymère rétenteur d’eau de sorte d’obtenir une pâte à base de fibres cellulosiques à une concentration en poids de matière sèche sensiblement comprise entre 10 et 70%, de préférence entre 20 et 50 %, et encore plus préférentiellement entre 20 et 30 %, Sans la sécher, mettre la pâte en forme (14) 2D ou 3D dans un moule de l’objet à fabriquer, Sécher (16), par thermocompression, la pâte mise en forme dans le moule. Procédé de fabrication (10) selon la revendication précédente, dans lequel le mélange (12) est réalisé dans une extrudeuse bi-vis. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape consistant à mettre en forme (14) la pâte est réalisée à température ambiante. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière sèche à mélanger (12) comprend en outre des nanocristaux, nanofibrilles ou microfibrilles de cellulose à une concentration comprise entre 0,01 et 50% en poids de matière sèche, préférentiellement de 1 à 20%. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière sèche à mélanger (12) comprend en outre au moins un agent moussant de type tensioactif à une concentration comprise entre 0,01 et 10% en poids de matière sèche. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape consistant à mettre en forme (14) la pâte est réalisée par injection. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape consistant à mettre en forme (14) la pâte est réalisée par moulage par transfert. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres cellulosiques à mélanger (12) sont issues d’une pâte à papier. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le polymère soluble dans l’eau est naturel et rétenteur d’eau. Procédé de fabrication (10) selon la revendication précédente, dans lequel le polymère soluble dans l’eau préférentiellement naturel ou l’additif rétenteur d’eau pouvant être choisi parmi : Les éthers de cellulose (HPMC, HEC, HPC, CMC) un polymère synthétique (ex : Poly ethylene glycol, polyvinyle alcool), de la gomme de guar, de caroube, de xanthane un alginate, de l’agar-agar, des carraghénanes, des pectines ou hémicelluloses, des nanocristaux ou nanofibrilles de cellulose fonctionnalisées ou non, et leurs mélanges. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de séchage (16) par thermocompression est réalisée à une température sensiblement comprise entre 100 et 200°C, préférentiellement sensiblement comprise entre 120 et 180°C, et/ou à une pression sensiblement comprise entre 1 et 40 MPa. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de séchage (16) par thermocompression est réalisée à l’aide d’une thermopresse en l’ouvrant, puis en la renfermant, au moins une fois, pour permettre l’évacuation de l’eau sous forme de vapeur d’eau. Procédé de fabrication (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de séchage (16) par thermocompression est réalisée à l’aide d’une thermopresse présentant au moins un élément perforé de sorte à permettre l’évacuation de l’eau sous forme de vapeur par les perforations dudit au moins un élément. Objet (1) à base de fibres cellulosiques comprenant ou composé de : fibres cellulosiques à une concentration en poids de matière sèche comprise entre 80 et 99 %, de préférence entre 90 et 99%, et un polymère soluble dans l’eau, préférentiellement naturel et soluble à froid, ou un polymère et/ou additif rétenteur d’eau à une concentration en poids de matière sèche comprise entre 1 et 20 %, de préférence entre 1 et 10%. Objet (1) selon la revendication précédente constituant un emballage en trois dimensions.