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La cellulose moulée
		Sophie HUSS-BRAUN et Marianne POTTIER Élèves ingénieurs 2e Année  Mai 2009 Mise en ligne - Mars 2010 Avertissement Ce mémoire d'étudiants est une première approche du sujet traité dans un temps limité. À ce titre, il ne peut être considéré comme une étude exhaustive comportant toutes les informations et tous les acteurs concernés.		Plan   I - Introduction II - Présentation de la cellulose moulée III - Étude de marché IV - Analyse technico-économique V - Perspectives VI - Conclusion   VII - Bibliographie-Webographie
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I - Introduction

	Figure 1 - Produits en cellulose moulée [Écofeutre]

Le monde change. La pénurie de pétrole prévue par les experts d’ici une cinquantaine d’années et les problèmes de pollution sont aujourd'hui des sujets de préoccupation pour les gouvernements comme pour les entreprises qui s’organisent pour y faire face.

L’industrie de l’emballage n’échappe pas à cette tendance. À la suite du Grenelle de l’environnement, l’Europe a annoncé son intention de mettre en place des mesures visant à augmenter la part d’emballages recyclables de chaque pays membre. Les différents acteurs du secteur cherchent des solutions pour développer des matériaux d'emballage plus respectueux de l’environnement que ceux d’origine fossile.

La cellulose moulée peut être une de ces alternatives [Figure 1]. Issue de ressources renouvelables, ce biomatériau recyclable et biodégradable possède des qualités mécaniques et optiques intéressantes pour devenir une référence de l’emballage "vert". Jusqu'à présent, ce matériau est connu pour emballer et protéger les œufs, mais son champ d’action tend à s’étendre. Calage industriel, emballage alimentaire, protection sur mesure,... autant de domaines où la cellulose moulée pourrait rivaliser avec le plastique. Cependant, son image de matériau de basse qualité principalement due à son aspect grisâtre peut nuire à son essor. De plus, il reste des recherches à mener pour améliorer sa résistance mécanique tout en conservant sa biodégradabilité.

L’enjeu est important car d’autres emballages écologiques sont développés. Cette étude dresse l’état actuel du marché de la cellulose moulée au niveau européen. Une analyse technico-économique et trois scénarios prospectifs permettent de construire une vision de l’avenir de la cellulose moulée comme matériau de calage industriel.

II - Présentation de la cellulose moulée

II-1 - De la boîte à œufs à l'emballage industriel

La cellulose moulée n’est pas un matériau nouveau. Des traces d’un procédé semblable datent de l’Antiquité : les Égyptiens et les Romains filtrent et emboutissent des fibres végétales afin de bâtir des murs et des toits.

C’est un Américain, Martin L. Keyes, qui invente en 1904 une technique de moulage à partir de cellulose pour produire des assiettes et des barquettes. En 1931, il crée le plateau alvéolé pour transporter les œufs. La filiale française de la Keyes Fibre Company (aujourd'hui Keyes Packaging Group) commercialise en 1964 la boîte à œufs qui nous est si familière. Un an plus tard, apparaissent les premières barquettes en fibres moulées pour emballer la viande. Les calages à bouteilles sont mis au point dans les années 1970. Aujourd’hui, plusieurs entreprises européennes tentent de relancer l'intérêt pour ce matériau en développant un large éventail de produits.

La cellulose moulée est fabriquée avec des fibres recyclées extraites de vieux cartons ou de journaux. Il est également possible de recourir à des fibres vierges de bois, de paille, de bagasse de canne à sucre ou encore de paille de riz. Toutefois, cette voie est moins utilisée dans des pays comme la France où la filière du recyclage du papier est bien organisée.

D’abord mélangées à l’eau, les fibres sont moulées puis séchées. Cette technique permet de former des pièces légères et résistantes et offre des possibilités infinies de création de formes comme en témoignent les diverses applications suivantes [Figures 2 à 9].

• Secteur alimentaire : boîtes à œufs, plateaux pour fruits et légumes, barquettes pour la viande, calages à bouteilles.
• Secteur médical : haricots médicaux.
• Secteur horticole : godets horticoles.
• Secteur vétérinaire : bacs litières pour chats.
• Emballages industriels : de téléphones portables, lampes, produits d’hygiène corporelle, électronique, alimentation, capitonnage, appareils de mesure, embauchoirs.

	Figure 2 - Boîte à œufs [EMFA]		Figure 3 - Plateau de fruits [EMFA]		Figure 4 - Barquette de viande [EMFA]		Figure 5 - Calage de bouteilles [EMFA]

	Figure 6 - Haricot médical [EMFA]		Figure 7 - Godet horticole [Écofeutre]		Figure 8 - Bac litière pour chat [Cellulose Moulée Innovations]		Figure 9 - Calage industriel [EMFA]

L’utilisation de la cellulose moulée comme emballage de luxe est marginale. Il y a peut-être là un marché potentiel. En voici un exemple : le fabricant Écofeutre a réalisé l'emballage du parfum Lulu de Lulu Castagnette.

	Figure 10 - Emballage de parfum [Écofeutre]

II-2 - Fabriquer la cellulose moulée

	Vidéo - Cellulose moulée : comment c'est fait ? [Dailymotion]

La fabrication de la cellulose moulée est basée sur l'utilisation de fibres recyclées. Toutefois, il est possible d’ajouter un faible pourcentage de fibres vierges pour les emballages destinés au contact alimentaire ou pour des applications médicales.

Les deux principales sources de fibres recyclées sont : les vieilles caisses en carton (OCC) et les journaux. Les fibres issues des caisses en carton, composées notamment de fibres Kraft, servent pour les matériaux qui doivent être résistants. Les fibres extraites des journaux quant à elles favorisent les propriétés de surface comme la douceur et de bonnes caractéristiques de formage.

Le pourcentage de fibres recyclées dépend de la qualité finale du produit escomptée. Le plus souvent, un mélange de fibres issues des caisses en carton et de fibres issues de journaux est utilisé Cette recette résulte d’un compromis entre résistance satisfaisante du matériau et données économiques.

Le problème réside surtout dans la variation de la qualité et du coût des matières premières. Les prix fluctuent et pourraient connaître une forte augmentation durant les prochaines années. Les professionnels de la cellulose moulée doivent tenir compte de ces fluctuations et, pourquoi pas, diversifier leur matières premières en recourant aux plantes annuelles. Des recherches sur le sujet sont en cours.

En général, la cellulose moulée ne contient pas de produits chimiques sauf s'il faut lui donner des propriétés barrière à l’eau et à l’humidité : dans ce cas, des cires sont ajoutées. D’autres produits peuvent également être présents tels que des colorants ou des agents de rétention afin d’optimiser certaines propriétés du matériau.

Le processus de fabrication de la cellulose moulée est toujours le même quelles que soient l’entreprise et l’utilisation finale du produit [Figure 11] :

• Préparation de la pâte
• Moulage
• Pressage / séchage
• Éjection

	Figure 11 - Étapes principales de la fabrication de la cellulose moulée

Il y a deux techniques de moulage [Figures 12 et 13] :

• Le procédé à plat : un moule en métal ou en plastique est recouvert d’un fin treillis métallique. Ce moule est trempé dans la pâte liquide. Sous l’effet d’un dispositif d’aspiration, l’eau contenue dans la pâte traverse le système tandis que les fibres sont arrêtées par le treillis. Elles s’y accumulent pour former l’objet désiré. L’aspiration est maintenue jusqu’au transfert de l’objet vers le séchage afin de permettre la déshydratation maximale du matelas fibreux.
• Le procédé rotatif : il s’agit d’un tambour, sur lequel sont fixées 8 moules, qui tourne dans la pâte. De ce fait, un certain nombre d’alvéoles sont en contact avec la pâte. Puis un système d’aspiration attire la pâte dans les moules.

	Figure 12 - Moulage à plat [Écofeutre]		Figure 13 - Moulage rotatif [Emery International]

Il existe également deux possibilités pour le séchage :

• Séchage dans le moule : la cellulose est séchée directement dans le moule. La cellulose étant séchée sur plusieurs moules, le transfert d’un moule à l’autre se fait à l’aide de l’aspiration du moule supérieur.

	Figure 14 - Séchage de la cellulose par thermoformage [UK Market Review of Moulded Paper Pulp]

• Séchage dans un tunnel : ce système concerne environ 80% des installations actuelles. Il existe deux types de tunnels : le tunnel avec simple passage et le tunnel avec double passage.
  Dans un tunnel à simple passage, les objets en cellulose moulée venant juste d’être pressés sont déposés sur un convoyeur qui les conduit dans le four. La longueur de tunnel peut varier de 15 à 50 mètres avec une largeur de 1,2 à 2,5 mètres. Il est chauffé à l’aide de gaz naturel voire par infrarouges ou micro-ondes.
  Dans un tunnel à double passage, les objets en cellulose passent plusieurs fois dans le four pour un meilleur séchage. Moins long que le précédent, il est plus haut.

Les procédés de moulage, pressage et séchage sont différents selon le type de produit à fabriquer. Le schéma ci-dessous montre la production de calages industriels en cellulose moulée [Figure 15]. Dans ce cas, le constructeur a choisi d’utiliser des moules plats et un séchage direct dans le moule. La matière première est pulpée et filtrée. Des additifs sont ajoutés et ce mélange est envoyé dans des moules à plat. Il est ensuite pressé, séché et découpé.

	Figure 15 - Chaîne de fabrication de calages industriels en cellulose moulée [Liaoning MEC Group]

Ecofeutre semble avoir mis au point une nouvelle technologie pour concevoir les éléments de calage : le séchage de la cellulose dans une enceinte en surpression confère au produit un état de surface très lisse et un caractère empilable, contrairement au procédé de séchage en four traditionnel.

III - Étude de marché

III-1 - Marché de la cellulose moulée

Ce secteur de la cellulose moulée est plutôt marginal dans l’industrie papetière. Le marché est estimé à environ 270 millions de tonnes par an avec une croissance annuelle de 1 à 2 %.

De 1996 à 2003, en Europe de l’Ouest, le niveau des importations est légèrement supérieur au niveau des exportations [Figures 16 et 17].

	Figure 16 - Consommation et exportations de cellulose moulée en Europe de l'Ouest 1996-2003 [UK Market Review of Moulded Paper Pulp]

	Figure 17 - Exportations et importations par pays en Europe de l'Ouest en 2003 [UK Market Review of Moulded Paper Pulp]

Le Danemark est le principal exportateur de cellulose moulée : en effet, Hartmann, l'unique usine de cellulose moulée dans ce pays, est le plus grand producteur mondial.

Les niveaux d'importation varient selon les pays, en fonction de la localisation des sites de production peu nombreux. En France, 54 000 tonnes de cellulose moulée sont fabriquées par an et la consommation est de 54 229 millions de tonnes, répartie comme l'indique la figure ci-dessous [Figure 18] :

	Figure 18 - Répartition de l'utilisation de la cellulose moulée [UK Market Review of Moulded Paper Pulp]

L'emballage des œufs représente la moitié du marché. Le calage industriel ne représente quant à lui que 10% du marché. Cependant, il semble être le marché futur pour la cellulose moulée. Il y a plusieurs secteurs d'application de la cellulose moulée : une caractéristique intéressante pour les fabricants qui ne dépendent pas d’un marché particulier.

	Figure 19 - Estimation en 2005 de l'évolution de consommation de cellulose moulée en Europe [UK Market Review of Moulded Paper Pulp]

Comme le montre la figure ci-dessus [Figure 19], en 2005, les fabricants ne s'attendaient pas à une augmentation significative de la consommation de cellulose moulée malgré son utilisation dans le calage industriel. La hausse annuelle prévue de 1 à 2 % se fondait sur l'augmentation de la consommation d’œufs accompagnant l'accroissement prévisible de la population.

III-2 - Marché du calage industriel

10%, c'est la petite part occupée par le calage industriel sur le marché de la cellulose moulée. Toutefois, la tendance est à son développement. Il semble ainsi important d’étudier plus particulièrement cette application afin d’anticiper la demande. La cellulose moulée possède en effet des qualités la rendant apte à subir des chocs et des vibrations. Son meilleur atout est son caractère biodégradable et recyclable. Dans le diagramme de Porter ci-dessous, notons que ce matériau n’est pas le seul nouvel entrant sur le marché car d’autres solutions écologiques apparaissent [Figure 20].

	Figure 20 - Analyse concurrentielle du marché de la cellulose moulée dans le calage industriel par le diagramme de Porter

IV - Analyse technico-économique

IV-1- Variables essentielles et facteurs de développement

En tant que matériau de calage, la cellulose moulée est en concurrence avec le polystyrène expansé (EPS) découpé ou moulé. Sa force réside essentiellement dans sa composition : avec 100% de fibres naturelles, elle est biodégradable et recyclable. Aujourd’hui plus qu’hier, l’environnement est au centre des préoccupations et ces caractéristiques sont les principaux facteurs de développement de ce matériau.

Ce n’est pas tout. Pour être compétitive, la cellulose moulée doit posséder les propriétés nécessaires au bon transport des produits : une bonne résistance aux chocs, à l’humidité, à la compression, aux vibrations ou encore aux différences de température. Comparons les qualités et les défauts de la cellulose moulée et du polystyrène expansé [Tableau 1] :

Tableau 1 - Comparaison des qualités et des défauts de la cellulose moulée et du polystyrène expansé
[Pacific Pulp : Comparison of EPS to molded pulp packaging materials made from 100% recycled paper]

La cellulose moulée est en mesure de concurrencer le polystyrène expansé sur bien des points. Seule sa sensibilité à l’eau fait défaut. Les variables essentielles quant à l'évolution de l'utilisation de la cellulose moulée dans le domaine du calage industriel [Tableau 2] :

Tableau 2 - Variables essentielles pour l'évolution de l'utilisation
de la cellulose moulée dans le calage industriel

Les principaux facteurs de développement pour le secteur de la cellulose moulée sont identifiés [Tableau 3].

Tableau 3 - Facteurs de développement de la cellulose moulée

IV-2- Diagnostic stratégique

Tableau 4 - Analyse stratégique via la matrice SWOT du marché
de la cellulose moulée dans le secteur du calage industriel

Durant les prochaines années, plusieurs paramètres seront déterminants quant au développement de la cellulose moulée. Les opportunités, menaces, forces et faiblesse de ce matériau identifiés par la matrice SWOT [Tableau 4] permettent de proposer une stratégie pour les fabricants.

• Communiquer sur son caractère écologique, avec pourquoi pas l’instauration d’un label spécifique.
• Communiquer sur le moindre coût de fabrication de la cellulose moulée.
• Travailler sur l’esthétique, l’aspect de surface.
• S’ouvrir vers le secteur de l'emballage de luxe pour les cosmétiques et produits de beauté par exemple
• Développer des solutions pour adapter la cellulose moulée au contact alimentaire.

Le diagramme de Porter ci-dessous illustre l'ouverture possible vers le monde de l’emballage alimentaire bio. Il y a d’autres solutions pour développer des emballages alimentaires écologiques. Aussi, il serait peut-être plus judicieux pour les fabricants de s’orienter vers les matériaux de calage plutôt que de se lancer dans ce type de réalisation.

	Figure 21 - Analyse concurrentielle du marché de la cellulose moulée dans l'emballage alimentaire par le diagramme de Porter

V - Perspectives

V-1 - Scénario tendanciel - Les plastiques n'ont plus la cote (75%)

Nous sommes en 2032. Malgré les prévisions, il reste encore du pétrole car des forages ont permis de localiser de nouveaux gisements. Avec le développement des biocarburants, la demande d'hydrocarbures a chuté et les stocks nécessaires pour fabriquer les produits dérivés sont toujours présents. Cependant, les consommateurs voient d’un mauvais œil les emballages qui ne sont ni biodégradables ni recyclables. Ils privilégient les emballages marqués "Ecovert", le dernier label environnemental qui vient de sortir. Étant labellisée "Ecovert", la cellulose moulée est très prisée sur le marché du calage industriel (27% de part de marché ) qu’elle partage avec les chips en amidon (18%) et le "Biomaxplus" (43%) nouveau biopolymère peu coûteux à fabriquer. Aussi tient-elle une bonne place sur ce marché mais la concurrence est rude.

V-2 - Scénario optimiste - Dans un monde sans pétrole, une seule solution : la cellulose moulée (15%)

La consommation effrénée de pétrole faite actuellement laisse augurer une pénurie inévitable de cette ressource épuisable, dans une cinquantaine d’années. Imaginons alors un monde sans produits dérivés des hydrocarbures tels que le polystyrène. Mais alors, comment emballer les machines à laver et autres équipements ménagers ? Comment transporter les pièces détachées sans les détériorer ? Les industriels se tournent vers les ressources renouvelables telles que la cellulose issue du bois. La cellulose moulée apparaît comme la meilleure alternative aux matériaux issus de la pétrochimie. Sa production explose, sa part sur le marché du calage industriel dépasse 80%. Les 20% restants représentent les nouvelles solutions vertes développées pour concurrencer la cellulose moulée : biomatériaux en amidon, exploitation de la lignine,...

V-3- Scénario pessimiste - La chimie c’est fantastique, invention d’un polystyrène recyclable à l’infini (10%)

En janvier 2017, des chercheurs norvégiens mettent au point un polystyrène recyclable à l’infini. En effet, une fois utilisé, les consommateurs portent les emballages dans un lieu de collecte une consigne leur est remise. Le polystyrène est acheminé dans l’un des centres de recyclage dispersés en France. Le polystyrène recyclable est pratiquement seul sur le marché du calage industriel. Sa recyclabilité fait de lui le matériau rêvé. Avec l'arrivée de ce nouveau produit, la dernière usine de fabrication de cellulose moulée pour le calage industriel dépose le bilan. En effet, en raison de mauvais choix en matière de communication, les industriels n’ont pas réussi à redorer l'image vieillotte de ce biomatériau. Même la traditionnelle boîte à œufs en cellulose moulée n’existe plus, remplacée par une boîte en polystyrène expansé recyclable .

VI - Conclusion

En matière d’emballage comme en matière de calage, le secteur du conditionnement est en pleine révolution.

L’emballage de demain sera écologique. Il existe aujourd’hui des biomatériaux permettant des applications similaires au plastique, mais leurs coûts sont souvent un facteur limitant.

Le développement de ce type d’industrie propre conduira certainement à une réduction des coûts. Cette idée encourage les industriels à chercher de nouvelles ressources : PHA, PLA, amidon, fibres de canne à sucre, cellulose moulée,... les biopolymères fleurissent sur le marché.

Le conditionnement vit actuellement une période charnière entre l’abandon des matériaux dérivés du pétrole et la mise au point de solutions à partir de biomatériaux et il est fort probable que, dans une dizaine d’années, seuls quelques uns d'entre eux subsisteront c'est-à-dire ceux qui auront fait leurs preuves.

Actuellement, la cellulose moulée n’occupe pas une place prépondérante dans ce secteur. Elle a pourtant de nombreux atouts pour connaître une forte croissance à moyen terme, notamment dans le domaine du calage industriel. Totalement biodégradable, résistante aux chocs et aux vibrations, relativement peu coûteuse, la cellulose moulée peut concurrencer le polystyrène dans ce domaine. Des recherches sont encore nécessaires pour la rendre résistante à l’humidité, de manière écologique.

En revanche, développer l’utilisation de cellulose moulée pour l’emballage alimentaire semble risqué : le procédé devient plus complexe pour rendre le produit apte au contact alimentaire et la concurrence est rude.

L’idée de fabriquer des emballages de luxe avec de la cellulose moulée, dans le secteur cosmétique par exemple, paraît audacieuse. Obtenir une surface lisse et régulière permettant les inscriptions et les reliefs, et teinter la cellulose moulée dans la masse : la technique permet cela aujourd'hui. Malgré tout, se lancer dans cette voie semble un pari risqué tant l'image de la boîte àœufs reste associée à celle de la cellulose moulée.

La production de cellulose moulée pour les boîtes à œufs connaît une croissance stable depuis une vingtaine d’année, parallèle à la croissance de la consommation d’œufs.

Enfin, pour tirer leur épingle du jeu, les fabricants pourraient peut-être développer des services annexes. Certaines entreprises proposent d’ores et déjà de vendre directement aux clients les machines à former les pièces afin qu’ils fabriquent eux-mêmes leurs pièces sur le site de conditionnement. Avec la hausse des coûts du transport, cette pratique pourrait favoriser la production de cellulose moulée qui nécessite des installations plus simples que celles nécessaires pour fabriquer du polystyrène.

VII - Bibliographie - Webographie

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