Impression 3D : expérimentation avec PLA, PLLA et PHA (Regen de Bosk)
// Fabrication numérique //
Cassons la glace.
Avouons d’emblée qu’il est fort surprenant que je me retrouve ici à écrire un petit article à propos de nouvelles technologies. Je suis plutôt la fille « low-tech », qui fait encore des maquettes en carton, qui préfère de loin la lumière incandescente et qui ne fait pas ses plans en 3D.
Petite mise en garde. Je ne connais pas le langage approprié aux nouvelles technologies. Mes observations sont documentées, certes, mais elles sont aussi basées sur l’observation et le ressenti. Et oui, je sais, ce n’est pas la chose la plus scientifique!
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Je me lance.
J’ai décidé de tester des alternatives plus saines pour les impressions 3D. Je me demandais si cette technologie pouvait être un outil complémentaire dans la fabrication de petits éléments (maquette et accessoires). Veuillez noter que toutes mes expérimentations ont été faites avec une imprimante 3D Prusa i3 MK3S+.
Mettons cartes sur table.
Il m’est maintenant impossible d’utiliser des matières si elles sont toxiques ou si elles dégradent l’environnement. Même si le résultat est perçu comme « esthétiquement séduisant », je n’y arrive plus : cela n’a plus de sens à mes yeux de continuer à les utiliser en sachant qu’elles dégradent les écosystèmes et qu’elles nous survivront sur des centaines d’années. Je préfère de loin glorifier ce qui est éphémère et vivre avec ce que certains appelleront des défauts. Ceci est un simple angle de vue, selon moi. Je ne suis plus à la recherche de tout ce qui est lisse, lustré, infaillible. Je me dis qu’accueillir un peu de chaos est tout simplement dans l’ordre naturel des choses.
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PRINCIPE DE PRÉCAUTION
Les informations partagées dans cet article sont au meilleur de mes connaissances et des nombreuses sources consultées. Je prendrai soin de mettre à jour cet article lorsque de nouvelles informations seront accessibles ou découvertes.
PLA/PLLA VERSUS PHA
Au cours de mes expérimentations, plusieurs matières ont été testées.
J’ai commencé avec des filaments de bioplastique PLA/PLLA puis au fil des recherches et des lectures, j’ai migré vers des bioplastiques en PHA.
QU'EST-CE QUE LE PLA ET LE PLLA ?
PLA = Acide polylactique
PLLA = Acide poly-l-lactique
Ce bioplastique ne date pas d’hier. Il a été découvert en 1845 par le chimiste Théophile-Jules Pelouze. Le PLA et le PLLA sont des polymères biodégradables en compostage industriel (à une température supérieure à 60 degrés Celsius, avec un taux d’humidité et un PH qui ne correspondent à aucun écosystème naturel). Ils sont créés principalement à partir d’amidon de maïs et de canne à sucre.
* Fun fact : Le PLLA sous sa forme liquide est utilisé comme alternative au Botox.
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QU'EST-CE QUE LE PHA ?
PHA = Polyhydroxyalcanoates
Le PHA est un bioplastique formé par des microorganismes produits par fermentation bactérienne. Il s’agit d’un polyester naturel (en comparaison à ceux issus de la pétrochimie). Il est insoluble dans l’eau et est non toxique.
Les PHA sont biodégradables rapidement (par exemple, en un an pour une bouteille de plastique comparativement à 500 ans environ) et naturellement (ne nécessite pas un composteur industriel comme le PLA et le PLLA) et ne laissent pas de résidus toxiques dans l’eau ou le sol.
C’est le microbiologiste hollandais Martinus Beijerinck qui note pour la première fois l’observation de granules de polyhydroxyalcanoates en 1901.
Les PHA sont fabriqués à partir de « déchets », c’est-à-dire des ressources non utilisées variées.
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Pour faire du PHA, on pourrait utiliser des résidus de la culture du cacao, des noix de cajou, de la mélasse, n’importe quelle biomasse en fait. Les possibilités sont infinies.
- Rajeshwar Dayal Tyagi, spécialiste en génie biochimique au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS
BIOSOURCÉ, BIODÉGRADABLE, COMPOSTABLE
Démêlons un peu tout cela!
BIODÉGRADABLE
Se dit des produits industriels et des déchets qu'une action bactérienne, naturelle ou induite, décompose assez rapidement. Cette action bactérienne les fait disparaître de l'environnement en les convertissant en molécules simples, utilisables par les plantes (source : Larousse).
Notons ici que biodégradable ne signifie pas compostable et qu’il n’y a pas de notion de temps relatif légiférée quant à la biodégradabilité d’une matière. Entre 3 mois et 1000 ans pour se dégrader, qu’à cela ne tienne, la matière est dite biodégradable, mais vous conviendrez que les répercussions, entre 3 mois et un millier d’années, ne sont pas les mêmes.
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COMPOSTABLE
Que l’on peut transformer en compost (source : Petit Robert).
Qui se biodégrade dans des conditions précises de compostage (température, pH) à une vitesse comparable à celle d'autres matières compostables connues. Le processus n'occasionne aucun résidu toxique et permet d'amender les sols (source, Québec Science). On parle habituellement d'une temporalité de 3 à 6 mois afin que la matière se composte.
Un plastique biosourcé, appelé aussi bioplastique, fabriqué à partir de végétaux n’est pas nécessairement recyclable, biodégradable (assimilable par des micro-organismes) ou encore moins compostable. De plus, certains plastiques issus de la pétrochimie sont recyclables et biodégradables.
RECYCLABILITÉ : PLA, PLLA et PHA
Techniquement, ces 3 bioplastiques sont recyclables.
Malheureusement, les installations au pays ne sont pas adaptées pour le moment et les plastiques sont soient systématiquement jetés ou brûlés selon le système en place. De plus, s’ils se faufilent dans les infrastructures de recyclage, ils se mélangent aux autres plastiques et affaiblissent les matières.
La seule manière connue pour le moment de les recycler en conservant leur pureté et leur qualité seraient de créer des points de dépôt, de les séparer et de les remettre en granules pour ensuite les réutiliser pour des besoins spécifiques.
COMPOSTABILITÉ : PLA, PLLA et PHA
Il y a du PLA et du PLLA partout autour de nous et même à l’intérieur de certaines personnes! Que ce soit dans les contenants pour emporter, dans l’univers médical ou encore directement dans les visages via des injections! Ces deux bioplastiques sont compostables, mais dans des conditions très spécifiques, soit un compostage industriel.
Le problème avec le PLA et le PLLA est aussi que ces bioplastiques ne se rendent pas dans les composteurs industriels. Nos systèmes ne sont pas adaptés à ces matières. Ils sont donc mélangés avec les autres plastiques : soit incinérés, soit enfouis.
Pour le moment, le problème avec le PLA et le PLLA est qu’il sert principalement à nous donner bonne conscience en nous laissant croire que nos choix sont justes et écoresponsables.
En nature, le PLA et le PLLA prennent au minimum 80 ans à se dégrader et contribuent à la pollution au même titre que les plastiques issus de la pétrochimie, notamment en se dégradant en microparticules.
Dans le but d’améliorer la biodégradabilité du PLA et du PLAA en milieu naturel, des recherches sont en cours, par exemple au sujet de l’ajout de molécules de sucre et d’enzymes aux mélanges qui les constitue.
En contrepartie, le PHA (et plus particulièrement la technologie Bosk dont il sera mention plus loin) est une alternative plus saine qui permet de s’assurer que la matière qui se décompose se composte entièrement de manière naturelle (directement en terre) sans laisser des traces toxiques. Les filaments Regen que j’ai testés, selon les informations recueillies, laisseraient en terre et dans l'eau les mêmes traces que la cellulose (comme du papier).
EXPÉRIMENTATIONS PLA ET PLLA BIOSOURCÉS
Mes tests ont été faits principalement avec un petit modèle de chaise (https://grabcad.com/library/chaise-et-table-d-ecole-college-1) qui a été modifié (merci à Louis-Robert Bouchard) à l'échelle 1/2'' = 1'. Je voulais qu’elles soient empilables, puisque j’avais besoin d’une centaine de chaises pour une maquette de travail pour une pièce de théâtre. Le fait que j’ai travaillé avec un modèle fin et très petit m’a un peu compliqué la tâche.
Veuillez noter que toutes les expérimentations ont été faites avec une imprimante 3D Prusa i3 MK3S+.
J’ai commencé des tests avec du PLA et du PLLA biosourcés qui contiennent des résidus alimentaires (blé, marc de café, drêche de la fabrication de bière, coquilles de mollusques et chènevotte de chanvre) ainsi que des particules de bois.
Voici plusieurs bateaux imprimés lors du laboratoire de recherche avec les PLA et PLLA biosourcés.
Rapidement, dès le tout début des tests, je me suis rendu compte que je devais ajouter beaucoup de supports à mon modèle afin de m'assurer d’une impression de qualité. Cela a exposé 2 problèmes/défis :
- La constatation que l’impression 3D peut générer beaucoup de pertes de matière autant avec les supports produits qu’avec les nombreux tests abîmés et incomplets.
- Les effets directs de « pertes » de matières qui deviennent des « déchets » immédiats.
Cela m’a convaincue dès le début de deux choses :
- L’importance de créer des supports efficaces qui utilisent le moins de matière possible. Vous verrez pourquoi je me suis dirigée vers les supports organiques (et comment je me suis franchement amusée!)
- Et la nécessité d’utiliser des matières qui tendent vers la création d’impacts positifs pour l’environnement et tout le vivant (humains inclus). Donc, pas seulement des matières moins toxiques, mais des matières qui peuvent, par exemple comme le PHA, enrichir le sol et créer du compost sans avoir besoin d’installations énergivores.
Les tests présentés ici sont préliminaires et pour un projet bien précis. Par contre, ils permettent d'avoir accès à un premier éventail de matières alternatives pour celles et ceux qui ont le désir d'avoir une pratique plus alignée avec leurs valeurs.
On peut voir sur la photo qui suit que les formes plus simples et moins fines donnent de très beaux résultats et des finis lisses et lustrés.
Même si les expérimentations ont porté sur des matières alternatives, je me permets tout de même de vous présenter ce test fait en résine (machine UV) par souci de comparaison et de réflexion. En toute transparence, je suis rendue à un carrefour où je trouve qu'il est essentiel de redéfinir notre perception de la beauté et de requestionner nos exigences face aux ressources, autant humaines que matérielles et environnementales.
Je vous épargne (presque) tous mes échecs lamentables (ou grands apprentissages, c'est selon l'angle de vue), mais je me permets de vous partager celui qui suit. Je crois que cette matière peut être intéressante dans certains contextes, mais oh là là que cela ne l'était pas dans ce contexte-ci.
Les tests de chaises en PLA et PLLA ont permis de mettre en lumière que des alternatives existent, qu'elles sont accessibles et qu'elles peuvent être utiles en arts vivants. Lors du processus de création, les objets créés, quoique non parfaits et encore en phase d'expérimentation, ont suscité beaucoup d'intérêt et de fascination auprès des membres de l'équipe (metteur.metteuse en scène, directeur technique, commédien.nes, etc.). Ceci a aussi permis de mettre à disposition des éléments de maquette précis, souples et solides qui répondent aux besoins de création.
Il y a par contre un bémol.
Le PLA et le PLLA semblent, sur papier, une alternative saine et quasi parfaite du point de vue environnemental. Par contre, puisque nous n'avons pas d'endroit pour les recycler en ce moment au Québec et qu'ils se ramassent systématiquement à l'enfouissement ou qu'ils affaiblissent la qualité des plastiques lorsqu'ils sont mélangés avec d'autres, cela leur enlève un peu de lustre. De plus, ils sont bien biodégradables, mais sur une période de minimum 80 ans, et ils laissent sur leur passage des particules de plastiques. Ajoutons à cela qu'ils peuvent être compostés, mais uniquement de manière industrielle (et pas la biométhanisation) et au Québec nous n'avons pas accès à ce type de compostage industriel.
Ces deux bioplastiques ont donc leurs limites dans le contexte québécois. C'est pourquoi je me suis plongée aussi dans des tests avec le PHA, un bioplastique qui peut être composté en terre directement et qui ne nécessite pas de systèmes industriels.
* À noter que les filaments en PLA et PLLA sont pour le moment plus dispendieux que les filaments dits « traditionnels ».
EXPÉRIMENTATIONS PHA BIOSOURCÉS DE REGEN (AVEC LA TECHNOLOGIE QUÉBÉCOISE BOSK)
FILAMENTS REGEN (compagnie canadienne)
FABRIQUÉS AVEC LE PHA DE BOSK (technologie et compagnie de la ville de Québec)
BOSK est une compagnie québécoise qui développe des bioplastiques qui sont vendus sous la marque REGEN.
La matière première du PHA de BOSK/REGEN est fabriquée à Québec à partir des boues de papier récupérées des papetières ainsi que de fibres de bois.
Pour simplifier le procédé :
- Des bactéries sont mélangées avec des boues papetières.
- Les bactéries croissent pendant trois ou quatre jours dans les bioréacteurs en se nourrissant du carbone des boues.
- Elles stockent une partie de ce carbone sous forme de PHA pour se constituer des réserves.
- Quand elles ont épuisé le substrat, les granules de polymère peuvent représenter jusqu’à 90 % de leur poids sec.
- Les bactéries convertissent les déchets en bioplastique, lequel est ensuite récupéré par lavage et centrifugation.
Selon BOSK, leur PHA peut se biodégrader en moins de six mois, dans un composteur ou un dépotoir, ne laissant aucune trace tangible (il a le même impact que la cellulose). J'ai lu que le compostage complet en moins de 6 mois est certifié pour une épaisseur de 3 mm et moins. Pour plus épais, cela prendra donc plus de temps, mais sans perdre sa compostabilité.
Tableau explicatif des différents plastiques, de leurs transformations et de leurs cycles de vie.
FILAMENT STANDARD REGEN
- Utiliser une buse de 0,4 mm standard.
Voici un petit test fait avec le filament noir pour les tests de calibration. Je les utilisais pour faire de petits blocs/bancs pour les maquettes. Dans tous mes tests, incluant le PLA, le PLLA et le PHA, c'est avec les filaments de BOSK que j'ai le plus d'aisance et de facilité. J'approfondirai mes recherches dans les prochains mois avec les filaments de REGEN et je vous tiendrai au courant de ces recherches.
Six petits blocs tests en PHA de REGEN, de couleur noire : très beau fini légèrement lustré, belle qualité d’impression. La silhouette sur le dessus a été réalisée en PLA biosourcé en bois. Le fini est plus rugueux et brut, mais cela ne manque pas d’intérêt selon les besoins et le contexte. À savoir que des tests en PHA en bois ont été faits, par contre, à cause des particules, il est nécessaire d’utiliser une buse avec un diamètre un peu plus gros (je les testerai dans les prochains mois).
Petites expérimentations avec le filament noir de REGEN.
J'aime beaucoup la facilité d'impression et le rendu des objets qui ont été créés avec ce filament. J'ai repris le même modèle de petite chaise empilable que j'avais testé avec le PLA et le PLLA et j'ai imprimé toutes les chaises de la maquette (à coup de 4) avec le filament noir de Regen. Cela s'est fait aisément et j'ai imprimé une cinquantaine de chaises sans aucun bogue et sans devoir mettre le filament au déshydrateur, même si j'ai tout imprimé dans un sous-sol très humide en plein été.
Le filament PHA de REGEN, avec les fibres de bois, sent vraiment bon lorsqu'il s'imprime. La compagnie fait leur publicité en disant que ce produit canadien sent la cabane à sucre et je dois avouer que c'est vrai! Ça sent délicieusement bon!
De plus, un autre avantage certain pour ce filament fait à partir de fibres de bois est qu'il peut être sablé, teint et peint, comme du bois!
Mes tests avec cette matière seront faits prochainement, car je l'ai essayé avec une buse 0,4 mm et cela a coincé. À suivre!
* Veuillez noter qu'il est recommandé d’utiliser une buse de 0,6 mm et plus avec ce filament puisque les fibres de bois sont assez grosses.
Cette maquette a été imprimée en PHA de REGEN pour une exposition à l'Écomusée du fier monde en 2024.
Selon leurs dires, le PHA de REGEN est vraiment biodégradable (comme la cellulose) et il a plusieurs certifications à ce propos, autant au Canada que dans d'autres pays. J’aimerais pouvoir faire des tests de biodégradabilité directement dans de la terre et les faire analyser afin de voir si c’est si sain qu’ils le proclament. Si c’est le cas, je trouverais intéressant de pouvoir composter la matière au jardin (en dernier recours, après (ré)utilisation).
De plus, j’aimerais expérimenter la possibilité de réutiliser la matière avec une refileuse, étant donné que j’ai conservé toutes les chutes et erreurs de PLA et de PHA depuis mai 2023 afin de pouvoir expérimenter le tout (compostage, recyclage, refilage, etc.)
Tant qu’à avoir de l’espace de recherche, je pense que ce serait intéressant de tester, aussi, des produits sains de finition sur le PHA. En utilisant des produits sains, nous pourrions tester : de un, si cela tient bien et s’applique aux besoins en arts vivants; de deux, nous pourrions aussi nous assurer que ces produits sont bien biodégradables et compostables afin de voir comment il est possible de les composter sans danger pour le sol. Je suis curieuse de voir si l’on pourrait penser à créer des impacts positifs (éco-bénéficence) et pas uniquement limiter nos impacts (éco-efficacité).
RÉFÉRENCES
https://en.wikipedia.org/wiki/Polylactic_acid
https://www.ellenmacarthurfoundation.org/the-new-plastics-economy-rethinking-the-future-of-plastics
https://www.3dnatives.com/biodegradabilite-du-pla-060620223/
https://www.asds.net/skin-experts/skin-treatments/injectables/injectable-poly-l-lactic-acid
PHA
https://fr.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxyalcanoate
https://www.sourcegreen.co/plastics/pha-biobased-polymer-packaging/
https://naturaldevelopment.fr/pla-pha-les-stars-incontestees-des-bioplastiques/
https://www.gopha.org/what-is-pha
https://made-with-regen.ca/wp-content/uploads/2023/03/data-sheet-4-filament-fait-avec-regen-fr.pdf
https://www.quebecscience.qc.ca/environnement/le-plastique-explique/
https://www.quebecscience.qc.ca/environnement/recycler-molecules-plutot-que-bouteilles/
REGEN & BOSK
https://made-with-regen.ca/fr/communaute-regen/
https://www.bosk-bioproducts.com/accueil.html
https://www.quebecscience.qc.ca/environnement/bioplastiques-arnaque-ou-bonne-idee/
