617 - Sciences et technologies au service de l’écologie : dialogue Nord-Sud

À partir de la philosophie de Martin Heidegger, notamment de son concept « d’habitation », un concept qui introduit dans ses derniers écrits pour contrer l’anthropocentrisme de la pensée post-lumières, je voudrais souligner l’importance des arts dans le combat contre les changements climatiques.

Depuis une quinzaine d’années, les pays du Sud vivent au rythme de profondes transformations économiques, politiques, sociales et environnementales. Les mutations économiques inhérentes aux pays émergents s’accompagnent d’une montée en puissance des enjeux environnementaux et sociaux soulevés par l’activité des entreprises. Ces enjeux rejoignent des préoccupations déjà existantes dans les pays du Nord, regroupées sous le vocable de «développement durable».

Même si la rentabilité demeure toujours un moteur majeur des décisions des entreprises, les bénéfices des actions en faveur de l’environnement et du capital humain ne peuvent plus être relégués au second plan. La prise en compte de la Responsabilité Sociale de l’Entreprise (RSE) devient un enjeu essentiel pour les entreprises en matière de croissance, de gestion des risques, de retour sur investissement et de création de valeur. Mais c’est aussi l’occasion pour certaines d’entre elles de mettre en avant leur activisme face aux problématiques soulevées par le développement durable, tout en passant sous silence leur rôle dans l’aggravation de ces mêmes problématiques.

Le regard croisé de plusieurs pays et de différents champs disciplinaires n’est pas sans contribuer à l’analyse profonde des différentes questions qui guettent chercheurs et praticiens autour d’un objet frontière (RSE par exemple) et du développement durable. En conséquence, la recherche de nouvelles alternatives semble urgente tant dans le Nord que dans le Sud.

Les contraintes environnementales à l’échelle de la planète exigent de repenser les visions technologiques à différents niveaux pour répondre aux besoins actuels des populations. Ainsi, la réduction de la consommation énergétique et la réponse aux soucis environnementaux deviennent une préoccupation majeure et présentent à la fois des enjeux sociétaux, économiques et sanitaires très importants. Dans cette perspective, la recherche de nouveaux écoproduits fonctionnels et durables devient une nécessité incontournable en intégrant des solutions inspirées de la richesse de la nature qui nous entoure. Dans cette démarche, les défis technologiques et scientifiques sont d’apporter de nouvelles réponses en vue d’élaborer de nouveaux éco-matériaux basés sur des matériaux naturels ou recyclés.

Dans ce cadre global, les écoproduits constituent une forte opportunité en vue de bâtir les bases d’un coopération technologique et scientifique durable, à la fois nord/sud et sud/sud. Ainsi, la valorisation des sous-produits, des fibres naturelles, des produits recyclés, etc., s’inscrit dans une démarche d’utilisation de matériaux locaux qui nécessitent un minimum d’investissement économique et humain. La maîtrise de cette démarche est garant de sa viabilité est a durabilité.

Que ce soit niveau fondamental ou appliqué, en sciences comme en sciences humaines et sociales, l’écologie, de manière générale, et les matériaux écologiques et semi-écologiques en particulier, deviennent aujourd’hui, en raison des menaces qui pèsent sur la santé de l’environnement, un enjeu de forte mobilisation, tant du côté des chercheurs que du côté des praticiens. Quelle contribution peut apporter la sociologie à ce débat ? En prenant comme objet de discussion l‘utilisation des matériaux écologiques, on soutient l’idée qu’on ne peut pas étudier un produit écologique en focalisant le regard uniquement sur la composition du produit, son utilité pour l’environnement et ses retombées économiques. La compréhension doit aussi accorder une place importante à la dimension symbolique et aux déterminants sociaux et culturels de cet usage. En s’appuyant sur le cas d’étude de la Place des Arts à Sudbury, un espace culturel francophone construit récemment, nous montrerons que la construction de cet espace ainsi que l’usage de certains matériaux s’inscrivent dans une double logique, à savoir la lutte franco-ontarienne contre l’invisibilité sociale et la construction d’une mémoire d’une partie de l’histoire de la région.

Les échanges de produits commerciaux en bois, à l’échelle internationale, introduisent, dans certaines conditions, des espèces indésirables de pathogènes et d’insectes. Les conséquences sont nombreuses et touchent particulièrement les ressources forestières et agricoles du Canada et des USA. À cet effet, l’Organisation Mondiale du Commerce (OMC) a établi, via la Convention Internationale pour la Protection des Végétaux (CIPV), la norme « ISPM 15 » sur l’utilisation des micro-ondes pour le traitement phytosanitaire. Étant donné la diversité des produits commerciaux et des matériaux qui les composent, comment s’assurer que les pathogènes seront totalement détruits en appliquant cette norme générale?. Ceci est une tâche complexe. Cela est dû au fait que ce temps de traitement est étroitement lié aux propriétés non isotropes du matériau et de l’interaction micro-ondes matériau. D’où la nécessité d’utiliser des outils expérimentaux et numériques robustes pour prédire le temps de traitement de chaque produit en fonction de son design, du matériau qui le compose et de son état initial (température et humidité). C’est dans ce contexte que la conférence s’inscrit. Il vise la caractérisation numérique du temps de traitement phytosanitaire des produits en bois et bio-composites par micro-ondes et radiofréquences. Par son caractère multidisciplinaire et multi-physique, la conférence favorisera l’échange d’informations scientifiques entre les intervenants.

Les fibres d’origine végétale proviennent de graines (kapok, coton), de tiges (chanvre, lin, jute...), de feuilles (sisal, abaca...), de fruits et de troncs. Plusieurs d’entre elles sont déjà fréquemment utilisées dans l’industrie du textile et l’isolation des bâtiments. L’utilisation de fibres végétales comme renforts de matériaux composites permet de valoriser et d’exploiter une ressource locale dans un pays en raison de leur abondance ainsi que de développer des matériaux et des technologies permettant de réduire les impacts sur l’environnement. Néanmoins, pour optimiser le profit environnemental, il est nécessaire d’exploiter les ressources de fibres locales.

Au Maroc, des quantité importantes de fibres végétales sont rejetées annuellement. Ces rejets présentent des problèmes liés à l’occupation de terrains agricoles. Quand ces déchets sont brulés par les agricoles pour s’en débarrasser, les fumés générés présentent un danger pour la santé de la population locale et pour l’environnement. C'est dans ce cadre que nous travaux sont orientés et visent deux solutions :

• La première consiste à extraire des fibres végétales pour application dans les industries des composites, cordage, la literie animale, etc..
• La seconde consiste à extraire des nanocelluloses, tels que les nanocristaux de cellulose et les nanofibrilles de cellulose pour des application diverse, à savoir, les matériaux superisolant, la catalyse supportée, les aérogels pour la dépollutions des eaux, etc..

L'exploitation extensive des ressources pétrolières ou fossiles entraîne l'épuisement des ressources naturelles non renouvelables. La bioéconomie circulaire offre une utilisation efficace de la biomasse pour la production durable de produits à haute valeur ajoutée (par exemple, les matériaux biosourcés, la bioénergie). Le bioraffinage peut être défini comme des bioprocédés durables qui utilisent efficacement les ressources de la biomasse pour produire divers produits commercialisables. Le potentiel d'une biomasse donnée à utiliser dans une bioraffinerie est limité par la quantité d'approvisionnement disponible. Brésil est l'un des plus grands producteurs mondiaux de biomasse à partir de plantes, qui jouent un rôle crucial dans la production de matériaux biosourcés. Le pays produit également de la lignine comme sous-produit des industries de la pâte à papier et de l'éthanol 2G, ainsi que de l'huile de ricin (biomasse oléagineuse), toutes deux pouvant être utilisées comme réactifs dans la synthèse de polymères biosourcés. Nous avons mené des recherches, par exemple, visant à synthétiser des polyuréthanes biosourcés avec formation simultanée de composites à matrice polymère renforcée par des fibres végétales, ainsi que des synthèses avec formation de films biosourcés, en l'absence de solvants et de catalyseurs, entre autres matériaux. Processus non complexes sont utilisés, afin d'augmenter la possibilité de les mettre à l'échelle.

Le développement de bio-composites à base de fibres naturelles présente de nombreux avantages du fait de leur biodégradabilité de leur faible densité et de la facilité de fabrication de produits par injection. Les fibres végétales, utilisées comme renfort pour les matériaux composites, constituent également une alternative intéressante aux fibres de verre en raison de leur faible coût. Les fibres de bouleau jaune ont été choisies pour nos études en raison de leur abondance au Québec, constituant une alternative pour les résidus restant de l'exploitation du bois. Il est possible de fabriquer des engrenages à l’aide ces composites comme nos travaux l’ont montré. Au cours du fonctionnement, les roues dentées sont soumises à l’usure et leurs dimensions peuvent changer sous l’effet de l’usure avec perte par mécanique par échauffement. Cette étude présente la méthode expérimentale de caractérisation géométrique de l’ordre du micron sur le profil de la dent et présente les résultats en plusieurs points du profil actif. Les résultats sont mis en relation avec la perte de masse par usure du pignon et de la roue menée et aussi avec la perte de couple en cours de fonctionnement suite aux essais, afin de conclure sur le rendement et l’efficacité énergétique. Les résultats sont établis en fonction du pourcentage de fibres, de la vitesse et du couple appliqué pour le CFN PE/bouleau

Dans les dernières décennies, différents types de matériaux tels que le plastique, l'aluminium et les composites ont été utilisés dans la fabrication de pales de drones. Cependant, nous soupçonnons que les composites bois-plastique auraient un niveau de performance et technique qui permettrait de concurrencer avec ces matériaux. C’est dans ce cadre que ce projet est inscrit et vise à approfondir la recherche dans ce domaine « émergent » afin de rendre le produit plus intéressant en termes d’efficacité pour l’industrie des petits drones. À cet effet, les propriétés mécaniques d’une famille de bio-composites, à base de polyéthylène haute densité et de fibres de bois fort, seront considérées. L’étude porte particulièrement sur le comportement mécanique (en régime statique) et aérodynamique d’une pale de drone bio-composite de type NACA

L'intérêt croissant pour l'utilisation de fibres végétales naturelles comme renforts dans les composites est dû à leur rapport résistance / poids élevé, à leur nature abondante, récupérable et biodégradable après la fin de leur durée de vie. Les fibres lignocellulosiques proviennent de ressources renouvelables et nécessitent moins d'énergie à produire que leurs homologues conventionnelles. En conséquence, ces dernières années, les composites renforcés par les fibres lignocellulosiques ont été utilisés avec succès pour des applications légères en automobile et en construction. Cependant, des barrières importantes pour les applications structurelles de ces composites existent encore. C'est dans ce cadre que nos activités de recherche s'inscrivent avec l'objectif est d'étudier les possibilités d'optimiser et d'adapter les propriétés et les performances des composites renforcés par des fibres de chanvre et la farine de bois (composites hybrides) pour des applications ciblées en automobile et en construction. Pour cela, nous avons choisi d'élaborer des composites modèles à matrice polypropylène. Ce type de composite est particulièrement utile dans les applications où une résistance à la flexion est requise, comme les panneaux de plancher et de mur, les portes et autres éléments structurels.

Depuis l’antiquité, les fibres naturelles ont été utilisées dans l’élaboration des éco-composites fonctionnels pour les besoins de l’humanité. Ces fibres peuvent être classées en deux grandes familles : végétales (paille, lin, chanvre, Halfa, jute, etc.) et animale (plumes de volailles, fibres de laine de chameaux, de chèvres et des moutons). Elles associent à la fois une certaine résistance mécanique tout en respectant les contraintes environnementales par leur dégradabilité et leur caractère renouvelable.

Les fibres de laine de moutons sont de moins en moins utilisées dans l’industrie de textile préférant des fibres synthétiques. De ce fait, au Maroc, le côté noble de la laine de moutons a été abandonné conduisant ainsi à une accumulation de nouveaux déchets. Il faut ajouter à cela, l’accumulation des déchets plastiques, qui constituent un grand fléau mondial, avec des répercussions néfastes pour la planète. Ainsi, leur valorisation est plus que nécessaire.

Cette étude propose une valorisation des fibres de la laine de moutons pour fabriquer de nouveaux éco-composites à base d’une matrice en plastiques recyclés. En effet, la laine de moutons présente des propriétés physiques et mécaniques très intéressantes : faible densité, très bonne isolation thermique, excellente tenue mécanique, etc. De plus, cette laine constitue un matériau naturellement ignifugé (excellence tenue au feu) et un matériau hygroscopique (fibre textile ayant le plus grand pouvoir d’absorption).

En plasturgie, plusieurs produits sont fabriqués par le procédé d’extrusion. Ce procédé consiste à chauffer la matière plastique, sous forme de granulés, à une température convenable pour obtenir une pâte fondue et homogène. Ensuite, son transport s’effectue, à l’état liquide, à travers une filière d’extrusion jusqu’à sa sortie. Ce procédé engendre des pertes de charge tout le long de la filière. La détermination des pertes de charge est très importante parce qu’elles conditionnent l’arrivée ou non du fluide. Concernant les polymères chargés de fibres naturelles (composites semi-écologiques), ce problème n’a pas été élucidé suffisamment dans la littérature scientifique et susciter un engouement. C’est dans ce cadre que le projet est inscrit et concerne l’extrusion d’un fluide polymérique (HDPE) chargé de sciures de bois à travers une filière d’extrusion plane. L’estimation des pertes de charge, en fonction du débit massique, sera réalisée à l’aide de la méthode des éléments finis.

Plusieurs études ont été réalisées sur les composites bois-plastique (WPC) ces dernières années. Leur utilisation a augmenté en raison de leurs propriétés physiques, chimiques et mécaniques améliorées en comparaison aux plastiques. Cependant, ces composites bois-plastiques ont été peu étudiés dans un environnement extérieur ; en outre avec telle exposition il y aurait une possibilité de modifications structurelles et mécaniques. Dans la présente étude, les matériaux composites polyéthylène mélangés à 20% et 30% de fibre de bouleau jaune préalablement traitées par de l’oxyde de zinc. Les échantillons ont ensuite été exposés à Gloephyllum trabeum (champignon causant la pourriture brune) et a Trametes versicolor (champignon causant la pourriture blanche) ; la présence du pigment dans la composition externe et interne du des échantillons empêcherait l’attaque fongique et contribuerait à une modification esthétique (coloration des échantillons).

Le développement de nanocomposite (écologique ou semi-écologique) ayant un intérêt économique potentiel passe par la résolution de problématiques en lien avec la nature des ingrédients mis en jeu lors de leur étape d’élaboration. Ces problématiques se résument en deux catégories : (1) l’interface polymère/nanocharge et (2) la dispersion des nanocharges dans la matrice polymérique. Lors de cette étude, nous avons développé des nanocomposites à base de polyéthylène (PE) et des nanocristaux de cellulose (NCC). Pour contourner la problématique d’interface NCC/PE, les NCC ont subi une modification chimique. En comparaison aux NCC non modifiés, les résultats ont montré une meilleure dispersion des NCC dans le PE avec de bonnes propriétés mécaniques.