Des chercheurs de Chalmers ont produit de la pâte à dissoudre à partir de résidus d’herbe et de trèfle. En collaboration avec d’autres chercheurs, ils ont également filé des fibres textiles et tricoté un petit échantillon de tissu. Sur la photo : Diana Bernin (en haut) et Leandro Cid Gomes (en bas). Les illustrations sont extraites de l’étude scientifique des chercheurs, publiée dans ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
La production de fibres textiles à partir du bois implique l’extraction de cellulose d’une structure plus dure et plus résistante que celle de l’herbe. Et si l’herbe offrait une alternative plus simple et potentiellement plus écologique ? Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers ont produit de la pâte à dissoudre à partir de résidus d’herbe et de trèfle. En collaboration avec d’autres partenaires, ils ont également filé cette pâte pour en faire des fibres et tricoté un petit échantillon de tissu. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour la valorisation des résidus agricoles en matériaux précieux.
Lorsqu’on extrait les protéines des graminées et du trèfle, il reste un résidu riche en fibres appelé tourteau. Celui-ci contient de la cellulose, la même substance utilisée pour produire des fibres textiles à partir du bois.
« La cellulose est la même, qu’elle provienne d’un arbre ou d’une herbe. La différence réside dans la facilité avec laquelle on peut l’extraire », explique Diana Bernin, professeure agrégée au département de chimie et de génie chimique de Chalmers.
En collaboration avec le chercheur postdoctoral Leandro Cid Gomes, elle a étudié comment la cellulose contenue dans les tourteaux de presse peut être valorisée. Il est également le premier auteur de l’article scientifique présentant leurs résultats : « Green Biorefinery Side Stream as a Source of Chlorophyll Pigments, Lignin, and Cellulose for Textile Fibers » (Stream secondaire de bioraffinerie verte comme source de pigments chlorophylliens, de lignine et de cellulose pour les fibres textiles) .
La même cellulose, mais plus facile à extraire
Les arbres sont conçus pour résister aux intempéries pendant de nombreuses années. Cela rend également leur cellulose plus difficile à extraire. Dans l’herbe, les fibres de cellulose sont plus accessibles.
« Nous pouvons utiliser une chimie plus simple et de plus petites quantités de produits chimiques pour extraire les fibres. Cela permet également d’économiser de l’énergie », explique Diana Bernin.
Toutefois, l’ampleur des bénéfices potentiels pour l’environnement et les ressources demeure incertaine.
« Ces bénéfices nécessitent des investigations supplémentaires. Nous avons travaillé sur un procédé à l’échelle du laboratoire, et il est difficile de le comparer à un procédé industriel. La prochaine étape consiste à tester le procédé à l’échelle pilote et à le comparer à un procédé industriel à grande échelle. »
Du tourteau au tissu tricoté
L’équipe de recherche de Diana Bernin a déjà travaillé sur d’autres résidus agricoles, comme la paille de blé et les enveloppes d’avoine. Elle est désormais parvenue à produire de la pâte de cellulose à partir du tourteau issu du traitement des graminées et du trèfle.
« Nous avons produit de la pâte à papier à partir du tourteau de presse, initialement brun et vert, et démontré qu’elle répond aux exigences de la pâte à dissoudre, notamment en termes de pureté. En collaboration avec l’Université d’Aarhus et l’École suédoise des textiles de Borås, nous avons pu filer des fibres à partir de cette pâte et même tricoter un petit échantillon avec ces fibres. »
Mais pourquoi se concentrer sur les textiles ?
« Notre objectif est de produire un produit à forte valeur ajoutée, et c’est là que les fibres textiles entrent en jeu. L’emballage pourrait également être une option, mais il serait bien plus judicieux de fabriquer un produit durable et potentiellement recyclable. »
S’inscrivant dans un effort de recherche plus vaste: La production de fibres textiles à partir d’herbes et de trèfle est l’une des pistes explorées dans le cadre de la recherche sur les bioraffineries vertes. L’objectif est de mieux valoriser les différentes parties des plantes tout en développant des systèmes agricoles qui utilisent les terres et les ressources de manière plus durable.
Dans le cadre du projet suédo-danois « Vallées vertes » , chercheurs, agriculteurs et autres acteurs ont collaboré tout au long de la chaîne de valeur, de la culture et la récolte à l’extraction de protéines, la production de biogaz et d’autres produits biosourcés. Deux installations de démonstration, l’une au Collège agricole de Sötåsen en Suède et l’autre à l’Université d’Aarhus au Danemark, ont permis de tester la technologie en conditions réelles.
Les chercheurs de Chalmers, Christel Cederberg et Göran Berndes , dont nous avons déjà parlé, ont étudié comment la culture de l’herbe et du trèfle affecte les terres agricoles, les avantages environnementaux potentiels et comment les différentes utilisations de la biomasse influencent les besoins en ressources.
Une question importante se pose : que devient le tourteau de presse une fois les protéines extraites ? Jusqu’à présent, il a principalement servi à la production de biogaz, mais il pourrait également fournir des matières premières pour de nouveaux produits.
L’équipe de recherche de Diana Bernin ne faisait pas officiellement partie du projet Green Valleys. Cependant, elle poursuit désormais ses travaux sur la cellulose dans le cadre de Land2Value, un projet de suivi impliquant d’autres partenaires, notamment des chercheurs norvégiens.
Plus de produits – mais les procédés sont-ils combinables ?
L’extraction de matières premières et la production de biogaz pourraient-elles être combinées pour mieux valoriser le tourteau de presse ? Cela reste à étudier.
« Hmm, bonne question ! Nous n’avons pas encore étudié cette piste, mais il serait évidemment formidable de pouvoir obtenir plusieurs produits. Dans notre article scientifique , nous avons également démontré que la lignine et la chlorophylle peuvent être extraites du tourteau. Malheureusement, je ne peux pas dire si cela est compatible avec la production de biogaz. Le tourteau contient bien plus que de la cellulose. Notre objectif est de récupérer un maximum de molécules utiles. »
Du laboratoire à la production textile
Produire de la pâte à papier est une chose, la transformer en fibres textiles en est une autre. Bien que la cellulose soit plus facile à extraire de l’herbe que du bois, le défi consiste à rendre l’ensemble du processus économe en ressources.
« Nous produisons la pâte à papier, mais nous n’avons pas l’équipement nécessaire pour fabriquer les fibres textiles. Pour ce faire, il faut d’abord dissoudre la pâte, puis la reprécipiter. La viscose est une fibre textile courante, mais sa production nécessite des produits chimiques toxiques. Nous ne souhaitons pas utiliser ce procédé. Une fois la pâte dissoute, il faut une filière, un peu comme un presse-purée. Malheureusement, nous n’en avons pas dans notre laboratoire », explique Diana Bernin.
« La prochaine étape consiste à produire de la pâte à papier à plus grande échelle, mais cela n’est pas possible à Chalmers. Nous poursuivons également l’optimisation du procédé de dissolution, première étape vers la fabrication de fibres à partir de notre pâte. C’est une opération que nous pouvons réaliser en laboratoire. Si notre pâte est compatible avec le procédé de production de fibres textiles plus respectueux de l’environnement actuellement développé par l’entreprise suédoise TreeToTextile, plutôt qu’avec le procédé traditionnel de la viscose, nous pourrions peut-être obtenir une fibre écologique à l’avenir. »
Des questions se posent également concernant la matière première elle-même.
« Il nous faut aussi étudier différents types d’herbe, ainsi que la durée et les conditions de conservation du tourteau avant sa transformation en pâte à dissoudre. Faut-il le sécher ou le congeler ? Cela a également des répercussions sur l’environnement et les ressources. De nombreuses questions restent en suspens avant de disposer d’un procédé de production de pâte à dissoudre à partir de tourteau, et nous espérons trouver les réponses prochainement. »
Faits : De l’herbe aux multiples produits
Prairies temporaires (herbes et trèfle) : Herbes et trèfles cultivés sur des terres agricoles, traditionnellement destinés à l’alimentation animale. La culture de prairies temporaires peut également améliorer la structure du sol et augmenter sa teneur en matière organique.
Protéines : Les protéines peuvent être extraites de l’herbe fraîche et du trèfle et utilisées dans l’alimentation animale, remplaçant potentiellement les protéines de soja importées.
Énergie : Les résidus issus de l’extraction des protéines peuvent être utilisés pour produire du biogaz.
Matières premières : Le tourteau de presse riche en fibres contient de la cellulose qui peut servir de matière première pour des produits biosourcés, notamment des fibres textiles. Il contient également de la lignine et de la chlorophylle.
Green Valleys : un projet de recherche et de collaboration suédo-danois axé sur les bioraffineries vertes, avec des installations de démonstration en Suède et au Danemark. Chalmers était l’un des partenaires de recherche et de collaboration.
Land2Value : un projet de suivi impliquant de nouveaux partenaires, notamment des organisations norvégiennes. L’équipe de recherche de Diana Bernin y participe et étudie comment la cellulose et d’autres substances contenues dans les tourteaux de presse peuvent être valorisées.
https://www.chalmers.se/en/current/news/could-grass-become-the-clothes-of-the-future
