Fibres de cellulose : De retour sur le devant de la scène

Le regain d’intérêt pour les fibres dérivées de la cellulose naturelle (non pétrochimique) a vu la demande de ces fibres croître jusqu’à 6 millions de tonnes par an actuellement, soit un doublement approximatif de la demande depuis 2000, selon les données sur l’offre et la demande de Tecnon OrbiChem.

Le terme  »fibres de cellulose » ou  »fibres cellulosiques » couvre une variété de sous-types de fibres qui sont parfois mieux connues sous le nom de Rayon ou par leurs noms de marque, ou de sous-type tels que Viscose, Lyocell, Modal, etc. La caractéristique principale de toutes ces fibres est qu’elles sont fabriquées à partir de pâte de cellulose naturelle (ou dans certains cas, aujourd’hui, à partir d’une proportion de pâte de cellulose recyclée – dont nous parlerons plus en détail ci-dessous), et ne sont donc pas considérées comme synthétiques. Cependant, les fibres de cellulose sont aussi fréquemment appelées dans l’industrie  »fibres cellulosiques fabriquées par l’homme » (MMCF) parce que leur génération nécessite un traitement avec des produits pétrochimiques pour prendre de la pâte cellulosique et la régénérer sous une forme qui permet aux fibres d’être filées, ou traitées pour d’autres utilisations (plus mineures) comme les films.

Les fibres non naturelles sont souvent sous-classées comme « synthétiques » si elles sont dérivées du pétrole, « artificielles » si elles sont dérivées du travail de matériaux naturels, les deux ensemble étant appelés « fibres artificielles ».

Pourquoi y a-t-il un regain d’intérêt pour les fibres de cellulose ? Tecnon OrbiChem comprend que le principal moteur vient de l’utilisation de mélanges de fibres de viscose avec du coton ou des fibres synthétiques, afin de conférer douceur et absorption de l’humidité au tissu. La viscose a une capacité d’absorption de l’humidité 50 % supérieure à celle du coton, ce qui signifie que les lingettes hygiéniques constituent un autre débouché important. La durabilité d’une fibre dérivée du bois joue-t-elle un rôle dans la promotion de la viscose et du lyocell ? Le retour d’expérience des propriétaires de marques de mode, qui utilisent différents types de fibres synthétiques et naturelles dans leurs vêtements, suggère que le choix d’achat des consommateurs ne tient pas vraiment compte du type de fibre – de nombreux consommateurs ne font pas la différence entre les fibres synthétiques et naturelles – et que la demande n’est donc pas toujours stimulée par le consommateur au niveau de la chaîne de valeur, malgré les informations négatives qui circulent dans les médias sur les plastiques et la dispersion des microplastiques dans les textiles. Il existe cependant une certaine attraction du marché de la part des clients finaux, dont certains aiment l’idée des fibres dérivées de la nature. Certains fabricants, par exemple de sous-vêtements ou de chaussettes, proclament qu’ils utilisent de la viscose à base de bambou.

D’autre part, les fibres de cellulose peuvent offrir des propriétés plus proches de celles du coton que celles que peuvent offrir les fibres synthétiques, et les propriétaires de marques eux-mêmes sont conscients des objectifs écologiques et de la nécessité pour le monde de réduire la dépendance aux matières premières pétrochimiques qui entraînent des concentrations croissantes de CO2 dans l’atmosphère. Les fibres de cellulose provenant de matières premières naturelles semblent donc être un moyen attrayant de répondre au besoin de solutions alternatives et écologiques aux fibres d’origine pétrochimique pour la demande mondiale croissante de fibres.

Les fibres de viscose sont très douces et confortables et sont de plus en plus utilisées dans les articles portés à même la peau (sous-vêtements), ou dans les vêtements de dessus où la douceur est de mise (cardigans, maillots). Mais presque toujours dans des mélanges avec des fibres plus résistantes, car la viscose résiste mal à l’abrasion (des chaussettes 100 % viscose tomberaient en morceaux en quelques utilisations). Une utilisation croissante est celle des lingettes, où la douceur est combinée avec l’absorption d’eau et la dégradabilité.

Tecnon OrbiChem a suivi l’augmentation de la demande mondiale de fibres depuis 1980 et le graphique ci-dessous montre l’évolution. La demande de fibres est très fortement liée à la croissance du PIB mondial global, ce qui explique la tendance observée. La demande totale devrait atteindre ~147 millions de tonnes d’ici 2030 (comme le montre le diagramme).

Compte tenu de l’objectif de réduction de la production de CO2, substituer une partie de la demande de fibres de polyester indiquée dans le diagramme par des fibres de cellulose semble dans un premier temps une étape évidente, bien que partant d’un point de départ relativement faible lorsque les fibres de cellulose ne représentent que 6 millions de tonnes de la demande totale.

Cependant, les fibres cellulosiques ne sont pas aussi « vertes » que le suggère la simple affirmation qu’elles proviennent de sources naturelles. L’industrie des fibres de cellulose elle-même admet librement que l’on pourrait et devrait faire davantage pour rendre les procédés chimiques des fibres de cellulose plus respectueux de l’environnement. Les deux principaux procédés utilisés dans le monde sont le procédé viscose, qui produit près de 90 % des filaments et des fibres discontinues de viscose, et le procédé Lyocell, qui représente 10 % de la production mondiale. Le processus de viscose utilise du disulfure de carbone (CS2) hautement toxique comme solvant et, bien qu’il soit récupéré au cours du processus, la manipulation de ce matériau constitue un défi, tout comme les rejets dans l’atmosphère de déchets tels que le soufre dans l’air et l’acide sulfurique. Ces dernières années, les normes ont été améliorées car les dernières technologies ont été plus largement mises en œuvre.

Le procédé Lyocell utilise le N-oxyde de N-méthylmorpholine (NMNO) comme solvant et, avec des volumes de déchets réduits, est considéré comme plus respectueux de l’environnement. L’accent mis sur la diminution de l’apport de CS2 hautement toxique a conduit au développement du procédé de carbamate de cellulose actuellement considéré comme l’option la plus viable pour remplacer ou moderniser la technologie de viscose existante.

La Chine est actuellement de loin le premier producteur mondial de fibres de viscose. En 2019, la production de fibres de viscose en Chine était de 3 672 kt selon les chiffres de la China Chemical and Fiber Economic Information (CCFEI). L’estimation de Tecnon OrbiChem est que la production mondiale en 2019 était de 4 528 kt, ce qui signifie que la Chine représentait 81% de la production mondiale.

Ces questions ont incité à poursuivre le développement de solutions pour l' »écologisation » de l’industrie des fibres de cellulose, le développement le plus largement discuté étant la possibilité de recyclage. Un certain nombre d’entreprises et d’organisations présentes à la conférence ont décrit les progrès réalisés dans le recyclage des fibres de cellulose provenant des usines de confection ou du recyclage post-consommation pour les retransformer en pâte de cellulose. Le principe général est d’extraire les fibres de cellulose des déchets de coton ou de viscose, des vêtements ou même des textiles mixtes contenant des fibres de cellulose et, à partir de ceux-ci, de générer de la pâte à papier qui peut être mélangée à des aliments vierges générés à partir de bois. Une source a suggéré qu’il pourrait y avoir la disponibilité de 20 millions de tonnes par an de déchets de coton et 10 millions de tonnes par an de déchets de viscose, bien que ces chiffres semblent importants étant donné que le volume de production du coton ne dépasse pas ~25 millions de tonnes par an.

Les entreprises ayant de tels projets comprennent la grande entreprise de fibres Lenzing, avec sa marque REFIBRA™ fabriquant de la fibre Lyocell basée sur la réutilisation des déchets de coton, et un objectif d’entreprise de réduction de 50 % des émissions de CO2 d’ici 2030 ; Infinited Fiber (Finlande), utilisant également un processus sans CS2 et ayant des liens avec des marques de mode à fort volume ; et Re:newcell en Suède, également avec son produit de pâte à dissoudre Circulose® fabriqué en récupérant le coton des vêtements usagés. En Suède, Södra travaille sur la pâte dissolvante à partir de textiles recyclés, bien qu’elle en soit encore au stade du développement. Elle affirme que son objectif à long terme est de réutiliser tous les types de produits textiles.

Aux Pays-Bas, KNN Cellulose a développé un produit baptisé Recell®, où les fibres de cellulose sont récupérées dans les stations d’épuration des eaux usées. KNN Cellulose a jusqu’à présent exploré l’utilisation de ce matériau dans les composites bien que l’utilisation dans les fibres soit également promue.

Un obstacle est la disponibilité du textile post-consommation/déchets. Alors que les plastiques sont maintenant largement collectés et recyclés via les collectes municipales, il n’en va pas de même pour les textiles. Une plus grande disponibilité de ces matériaux recyclés à faible coût serait certainement utile et il existe des initiatives de l’UE pour mettre en œuvre des programmes de recyclage. Les fournisseurs et les partenaires ayant une disponibilité de textiles usagés sont recherchés.

En outre, alors que la plupart des recycleurs ont eu du succès avec les déchets de coton de couleur blanche, les fibres post-consommation contenant des fibres mixtes et des colorants sont nettement plus difficiles à manipuler.

Le coût de production ou le coût de la boucle de recyclage pour le processus de la fibre de cellulose reste un problème. Aucun des producteurs n’a suggéré que les économies de production se rapprochent du traitement de la pâte de bois vierge, bien que l’on s’attende à ce qu’une plus grande attraction de la part des consommateurs via les propriétaires de marques pour des produits « verts », une meilleure disponibilité des matériaux recyclés et des économies d’échelle à mesure que la taille des usines pour les produits recyclés augmente, contribuent à des coûts de production beaucoup plus proches de ceux de la fibre vierge.

La société d’innovation du groupe Metsä, Metsä Spring Ltd, et la société japonaise Itochu Corporation ont créé une coentreprise et une usine d’essai pour une nouvelle technologie de conversion de la pâte à papier en fibres textiles.

D’autres développements incluent l’ajout de fibres de chanvre au mélange pour faire du « Lyohemp ». Ce procédé fait l’objet de recherches par TITK en Allemagne. L’Université d’Aarhus, au Danemark, étudie les sources de cellulose provenant de cultures de protéines vertes (herbe). Parmi les autres initiatives contribuant à une économie moins intensive en CO2, citons les techniques de teinture des dope (recherches menées par Aditya Birla).

Les fibres de rayonne sont examinées pour être utilisées, par exemple, pour le renforcement des panneaux intérieurs des automobiles comme alternative aux fibres à base de pétrole.

Le terme « nanocellulose » est utilisé pour désigner de manière générale les nanocristaux de cellulose (CNC) qui sont créés par l’hydrolyse acide des fibres de cellulose. Aux États-Unis, Cotton Incorporated est une organisation à but non lucratif financée par les producteurs de coton et dont l’objectif est de créer une valeur ajoutée dans la chaîne de valeur du coton. Elle étudie les moyens d’utiliser la CNC provenant de déchets de coton recyclé dans les composites. L’objectif est de générer des matériaux aux propriétés améliorées. Des instituts de recherche, dont les Instituts de recherche de Suède (RISE), étudient les fibres avec de la nanocellulose.

Il est inconcevable que les fibres de cellulose s’approchent de la capacité à remplacer les fibres synthétiques dans un avenir prévisible étant donné que la demande de polyester, de polyamide, etc. continuera de croître à mesure que la population mondiale augmente et que le PIB mondial augmente. Comme pour les produits chimiques et les polymères durables en général, les fibres de cellulose sont un outil à notre disposition pour atteindre les objectifs de réduction de la production de CO2 et du réchauffement de la planète. Mais il faut faire davantage pour soutenir – le recyclage des textiles et la volonté des propriétaires de marques et des consommateurs de payer plus cher pour des matériaux recyclés plutôt que d’utiliser davantage de ressources forestières. En ce qui concerne les fibres synthétiques et l’ensemble, sans réduction de la demande, un recours beaucoup plus important au recyclage est alors essentiel si nous voulons nous rapprocher des objectifs de durabilité.

Cependant, les cellulosiques connaissent une croissance (à un TCAC projeté de 2,8 % jusqu’en 2025) plus rapide que certaines fibres matures comme l’acrylique ou le polyamide, du moins à l’heure actuelle, en raison de leur douceur et de leur absorption d’eau — des qualités semblables à celles du coton.

Gillian Tweddle est directrice commerciale – études de projets individuels chez Tecnon OrbiChem Ltd.

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