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Vendredi 15 décembre 2017

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Nanocellulose cristalline : une usine de démonstration en attendant les applications commerciales

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De toute évidence, FPInnovations a gagné une bataille dans le dossier de la nanocellulose cristalline (NCC), soit celle de convaincre un joueur important des produits forestiers à s'impliquer dans le projet. Mais il reste beaucoup à faire : les yeux de plusieurs industries seront tournés vers la nouvelle usine de démonstration de Windsor, en Estrie, qui doit démarrer la production d'une tonne/jour d'ici 16 à 18 mois. Si le projet est évalué à quelques 40 millions $, les enjeux sont de taille : le développement de marchés qui alimenteraient une industrie représentant quelque 2000 milliards $ d'ici 2015!

Vu de l'extérieur, le niveau de risque de ce projet peut sembler très élevé. D'où la surprise lorsque Domtar a annoncé l'été dernier un investissement dans la nouvelle coentreprise. Pourtant, le projet découle d'un processus de longue haleine, processus ayant lui-même débouché sur un solide constat : l'intérêt pour la NCC est réel mais la quantité produite est insuffisante pour réaliser certains prototypes qui permettront de passer à l'étape d'application commerciale.

Selon Jean Hamel, vice-président chez FPInnovations, c'est la qualité du processus d'innovation chez FPInnovations qui sert de fondation à tous les projets. « Pour accélérer les résultats, la totalité des intervenants sont mis à contribution. Ceux-ci comprennent assez tôt que le processus d'innovation se fait de façon intégrée. Nous sommes ensemble pour ajouter de la valeur à leurs produits, pour procurer aux partenaires un avantage compétitif réel. » C'est grâce à ce processus que Domtar s'est impliqué et a pu constater par elle-même les perspectives prometteuses de mise en marché pour la NCC.

Produit nouveau découvert au Québec

La nanocellulose cristalline est un produit relativement nouveau qui fait l'objet de recherches depuis une quinzaine d'années, de concert avec l'Université McGill.

La NCC est une nanoparticule naturelle extraite à partir de la cellulose, le polymère naturel le plus répandu au monde. C'est l'agglomération de ces nanoparticules qui confère au bois ses propriétés de solidité. Or les recherches ont permis non seulement d'identifier ces nanoparticules mais surtout de les extraire efficacement pour pouvoir les insérer dans des produits (vernis, plastiques) et les renforcer. Dans une entrevue accordée l'an dernier à Radio-Canada, Jean Bouchard, chimiste et chercheur chez FP Innovation, explique qu'il n'est pas ici question que de taille – i.e. la nano-dimension – mais surtout qu'à cette échelle infiniment petite, les lois de la physique changent et certaines choses invisibles jusqu'à maintenant peuvent dorénavant être observées.

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Son collègue Pierre Blanchet, membre du groupe de recherche pour les produits du bois chez FPInnovations, explique d'ailleurs que les travaux du groupe se sont tournés naturellement vers les fournisseurs de produits de revêtement pour le bois, à cause de ses tendances à l'usure, surtout dans le cas des revêtements au fini mat. L'ajout de nanoparticules cristallines permet non seulement de prévenir cette usure prématurée aux points de contact les plus sollicités mais aussi de mieux résister aux impacts. Biodégradable, non toxique et renouvelable, la NCC a toute les chances de percer, faisant l'unanimité des observateurs scientifiques, écologiques et économiques.

M. Bouchard souligne d'ailleurs que la réponse rapide de l'industrie vis-à-vis la NCC est tout à fait inhabituelle. « Les pâtes et papiers constituent un milieu d'ordinaire très conservateur, ils sont les deuxième ou troisième à essayer quelque chose de nouveau. Cette fois, ils embarquent avant même le déploiement à échelle commerciale et sans marché existant. Il faut dire que plusieurs marchés papetiers sont en nette régression et la survie de certaines compagnies passe par une redéfinition de leurs activités. »

Les caractéristiques de la NCC ont de quoi plaire : solidité, biocompatibilité, propriétés optiques, électriques et magnétiques élevées, de même qu'une capacité à s'auto-assembler. Ses propriétés très versatiles la rendent particulièrement utile pour créer une vaste gamme de produits nouveaux, tels que les bio-composites, les bioplastiques, les revêtements iridescents, les traitements de surface résistants à l'usure et les systèmes d'administration de médicaments, les membranes conductrices d'électricité, les appareils électroniques d'impression du papier, les pastilles de cristal pour semi-conducteurs quantiques encapsulés et matériaux d'emballage perfectionnés ou "intelligents".

Une avance de 2-3 ans sur la compétition

Présentement, le Canada détient un avantage indéniable sur la compétition qui s'intéresse sérieusement à la nanocellulose cristalline. « Nous sommes les seuls à produire de la NCC en quantité appréciable pour satisfaire les demandes d'essais, ce qui nous confère une avance d'environ 2-3 ans sur le développement, » observe Jean Hamel. Parallèlement au projet d'usine de démonstration, nous apportons en ce moment des modifications à notre laboratoire dans le but d'augmenter la production de deux ou trois fois à partir de janvier 2011. On parle toutefois ici en termes de kilogrammes/semaine.

Et la liste des compagnies intéressées à la NCC s'allonge. « Plus d'une centaine de compagnies sont intéressées à utiliser la NCC en alliage dans leurs produits. Le défi actuellement c'est de satisfaire le plus de demande possible en fournissant suffisamment de NCC pour faire des prototypes permettant de passer à des applications commerciales. L'usine de démonstration de Windsor, c'est l'étincelle pour ce qui va suivre, un outil réel de validation industrielle.

Bien qu'il soit difficile de prévoir une courbe de progression dans l'avenir, la production à venir de 1 tonne/jour de la nouvelle usine est à toutes fins pratiques déjà consommée. « La demande devance clairement l'offre. Lorsque l'usine produira 1 tonne/jour, la demande sera probablement passée à 5 ou 10 tonnes/jour. Une chose est claire : les papetières ne seront jamais plus des producteurs de pâte et de papier. Ce seront des producteurs de produits chimiques provenant du bois, nommément de la pâte mais aussi de nanocellulose cristalline, d'éthanol et de colle à base de lignine. Difficile pour l'industrie des produits forestiers de passer à côté d'une telle opportunité de développement, » conclut M. Hamel.

« Satisfaire les plus incrédules »

Dans un contexte de nécessité de renouveler le modèle d'affaires et diversifier les produits de l'industrie forestière et papetière, l'annonce faite par FPInnovations, Domtar et les gouvernements de la construction d'une première usine de démonstration de nanocellulose cristalline devrait satisfaire les plus incrédules. « Bien sûr, il ne s'agit que d'une usine qui sera capable de produire une tonne par jour mais il faut se rappeler qu'avant les avancées technologiques de FPInnovations dans le domaine de la NCC, il y a donc moins de 4 ans, nous n'étions capables de produire en laboratoire que de maigres milligrammes, voire grammes par jour, » souligne Patrice Mangin, PDG du Centre de recherche en pâtes et papiers à Trois-Rivières et membres du c.a d'ArboraNano. Il faut aussi rappeler que le gouvernement fédéral a injecté des fonds considérables dans la recherche forestière et dans FPInnovations pour des montants allant jusqu'à 40 M$/an pour les années actuelles de fonctionnement (annonce faite par l'honorable Jean-Pierre Blackburn alors ministre de Développement Économique Canada de 80 M$ pour FPInnovations pour une période de deux ans dans une annonce globale de 170 M$ d'aide à l'Industrie).

« Plutôt que de réitérer le niveau insuffisant de l'aide, je féliciterai aujourd'hui le gouvernement fédéral qui a permis aux chercheurs de FPInnovations d'aboutir à ce premier résultat dont l'importance stratégique et la signification est peut-être passée trop inaperçue dans le grand public. Le financement du fédéral, avec l'appui des provinces, doit impérativement se poursuivre si l'objectif stratégique est de maintenir l'avance du Canada dans ce domaine. Par exemple, la poursuite du programme sur les nouvelles technologies de FPInnovations dépend de ce support tout comme les réseaux et les programme des universités et des centres collégiaux. Il faut maintenir le momentum.

« En effet, il faut coupler cette annonce avec la mise en place du réseau Arboranano qui est un des deux premiers réseaux du CRSNG dirigé par l'industrie (annoncé dès février 2009). Ce réseau cofinancé par le CRSNG (8,9 M$) et l'industrie pour un total de près de 17 M$ a pour objectif de développer des produits innovants à base de NCC. Outre l'utilisation interne que pourra faire Domtar de ce nouveau matériau aux propriétés mécaniques, d'auto-assemblage et autres (magnétique, optique, etc.), la production de 1 T/jour de NCC rendra possible des essais pré-commerciaux au niveau d'Arboranano, suivi d'essais de marché. »

À toutes fins pratiques, l'objectif de diversification des produits rendu possible par le plan de 1T/jour de NCC couplé aux travaux du réseau Arboranano permettra à l'industrie forestière/papetière de développer de nouveaux marchés et surtout de trouver de nouveaux clients. « C'est une nouvelle industrie avec un potentiel économique exceptionnel qui est en train de voir le jour, conclut M. Mangin. Par contre, cela prendra réalistement quelques années pour développer l'économie de ces nouveaux créneaux. Pendant cette période critique, l'industrie, FPInnovations et les universités œuvrant dans le domaine auront un besoin critique du support financier des gouvernements. J'ose donc croire, si la tendance se poursuit ... pour paraphraser Bernard Derome, que les financements se poursuivront au-delà de ces annonces. L'avenir de l'industrie en dépend et nous ne pouvons nous permettre de manquer ce virage technologique. »

A propos d'ArboraNanonanocellulose4

Réseau canadien intersectoriel dirigé par les entreprises, ArboraNano a forgé des alliances entre les industries de fabrication de produits forestiers d'une part, et les industries aérospatiale, automobile, médicale, chimique, des composites et du revêtement, d'autre part. Ce réseau a pour mission de créer, pour le secteur forestier et ses partenaires, des opportunités de devenir des fournisseurs, de nanoproduits et nanomatériaux de haute valeur, grâce à la transformation du bois et de la fibre de bois en produits tout à fait unique, significatifs et supérieurs.

Le réseau ArboraNano est dirigé par un Conseil d'administration, responsable de tous les aspects opérationnels du réseau. ArboraNano compte aussi sur une équipe de direction : le Directeur du réseau, Dr. Ron Crotogino, et le Directeur scientifique, Dr. Nicole A. Poirier, de même que sur un Comité scientifique, chargé de déterminer des thèmes de recherche et d'identifier les activités de recherche à entreprendre en vue d'atteindre les objectifs fixés pour le développement des produits.

ArboraNano a été créé grâce au soutien financier du gouvernement fédéral dans le cadre d'un programme de Réseaux de centres d'excellence dirigés par les entreprises, géré conjointement par le Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie, le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada, l'Institut de recherche en santé du Canada, et Industrie Canada, ainsi qu'aux fonds de contrepartie des organisations publiques et privées suivantes : FPInnovations, NanoQuébec, Ontario BioAuto Council, Alberta Innovates – Bio Solutions, Bell Helicopter Textron Canada Ltée, Kruger inc., Nanoledge Inc. et le Fonds Québécois de la recherche sur la nature et les technologies.


 
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