Le polystyrène est l'un des plastiques les plus utilisés dans le monde. De l'isolation en construction à l'équipement de protection en passant par les matériaux d'emballage, la robustesse de la mousse de polystyrène et son extrême légèreté expliquent sa popularité. Faite de microbilles de polymère, la mousse de polystyrène expansé (PSE) peut être moulée en formes complexes de très faible densité. Il arrive néanmoins que les méthodes de fabrication classiques soulèvent d'importantes difficultés quand vient le temps de créer de nouveaux produits pour répondre aux besoins, toujours en évolution, des consommateurs. Pour relever ce défi, le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) et l'entreprise NexKemia, fabricant québécois de billes de PSE, ont mis au point un procédé novateur pour adapter la méthode de fabrication afin de satisfaire aux nouvelles exigences du marché.
NexKemia produit des billes de PSE de moins d'un millimètre pour les industries du bâtiment et des biens de consommation depuis 2008. En le polymérisant par lots dans 7 réacteurs, l'entreprise fournit, chaque année, 60 millions de kilogrammes de ces billes à ses clients du Canada et des États-Unis qui les utilisent pour créer des produits finaux. « Depuis son inauguration, NexKemia a apporté des innovations et des perfectionnements appréciables au procédé usuel de polymérisation en suspension », explique Pierre Beaudry, directeur général de l'entreprise. « Malheureusement, certains grades de PSE ne peuvent être fabriqués de cette manière. C'est ce qui nous empêchait de procurer à notre clientèle une gamme de produits spécialisés, fort en demande sur le marché. »
Mais la situation est sur le point de changer. En effet, avec le concours du CNRC, NexKemia a confirmé qu'il est possible de fabriquer des produits en PSE à valeur ajoutée en recourant à un procédé d'extrusion à l'état fondu en continu très polyvalent et qui s'adapte rapidement. L'adoption de cette nouvelle méthode fait appel à l'expertise du CNRC dans les techniques de fabrication des polymères et des composites, ainsi qu'à une approche collaborative, facilitant le transfert des technologies.
De l'idée au consommateur
Selon M. Beaudry, l'entreprise s'est tournée vers le CNRC pour profiter de son expertise technique pour développer le nouveau procédé. Au cœur de cette collaboration figure une façon avant-gardiste de mettre les ressources en commun.
« Au fil des ans, le CNRC a acquis un vaste savoir-faire en moussage des polymères, plus particulièrement en ce qui a trait au procédé d'extrusion, déclare-t-il. De nos collaborations antérieures, nous savions qu'ils avaient une extrudeuse à l'échelle pilote au laboratoire de Boucherville, mais aucun granulateur. » Les 2 équipes ont convenu que NexKemia achèterait la pièce d'équipement manquante et la prêterait au CNRC afin d'effectuer les recherches, le développement et la caractérisation des résines de spécialité au même endroit. De son côté, le CNRC fournirait l'équipement pour l'extrusion, le suivi du procédé, la sécurité et le reste.
Michel Champagne, responsable technique dans le programme Fabrication de pointe au CNRC et chef d'équipe Composites et polymères de pointe, souligne que la première phase du projet consistait à se procurer le granulateur, à le mettre en service et à en valider l'efficacité sur la ligne pilote d'extrusion de mousse du CNRC. « Nous avons prouvé que les 2 machines fonctionnent bien ensemble pour produire la résine PSE de spécialité. » Ensuite, l'équipe a entrepris des recherches : développant et testant de nombreuses idées pour les nouvelles billes extrudées à partir de formulations mises au point. Le projet a directement puisé dans l'impressionnante expertise en extrusion des mousses que l'équipe du CNRC avait cumulée au fil des années et s'accordait à la perfection aux activités du programme sur la Fabrication de produits en polymère et en composite.
Au bout de 18 mois, le nouveau procédé d'extrusion n'était pas seulement fin prêt à produire des billes de PSE conventionnelles d'une qualité comparable à celles que fabriquent les réacteurs de NexKemia : il était prêt pour un essai pilote sur une foule de produits à valeur ajoutée. Un essai qui a été couronné de succès, notamment pour un PSE aux propriétés d'isolation thermique supérieures, un polymère expansible inédit qui résiste mieux aux chocs, et un nouveau grade fait de plastique recyclé. Les résultats sont si prometteurs que NexKemia a décidé de mettre ces produits en marché plus vite que prévu. L'entreprise a installé la nouvelle technologie dans son usine de Mansonville et commencé à accroître sa production. « Pour y arriver, nous avons investi 15 millions de dollars dans un bâtiment neuf ainsi que dans l'achat d'une première ligne de production d'extrusion. L'installation d'une seconde ligne d'extrusion est également prévue pour la fin 2023. À terme, nous croyons que ce sont plus de 25 millions de kilogrammes de résines d'extrusion qui seront ainsi ajoutés à notre marché. » L'entreprise envisage engager jusqu'à 25 nouveaux employés au cours de ces 2 prochaines années.
L'économie circulaire
Outre la création d'emplois et ses retombées financières pour l'économie nationale, le nouveau projet de NexKemia ouvre la voie à la fabrication durable. En effet, puisque le nouveau procédé peut utiliser les polymères issus du recyclage, dorénavant, NexKemia sera en mesure d'approvisionner les clients qui doivent composer avec les attentes de plus en plus grandes pour obtenir des produits plus écologiques.
« Grâce à cette technologie de rupture, une première sur le marché nord-américain du PSE, nous pouvons maintenant lancer notre ligne de produits durables », affirme M. Beaudry. Il précise que la nouvelle installation pourra aussi recevoir du plastique recyclé et l'intégrer à des millions de tonnes de matériaux, également recyclables. Durant la prochaine décennie, les produits durables pourraient bien constituer la moitié des ventes de PSE de NexKemia. Et le procédé pourrait être utilisé pour d'autres polymères également, ouvrant ainsi de nouveaux horizons dans le développement des matériaux.
« La collaboration du CNRC est dans une large mesure à l'origine de la réussite du projet », conclut M. Beaudry. « Nous sommes enchantés de travailler avec une équipe de scientifiques aussi talentueux, capables de se mettre à notre place, de comprendre les problèmes que nous vivons et de nous apporter des idées que nous pouvons appliquer dans la vie réelle. » Avec une collaboration aussi enrichissante, une entreprise ne peut que voir ses idées se transformer en innovations.
Contactez-nous
Relations avec les médias, Conseil national de recherches du Canada
1-855-282-1637 (sans frais, au Canada seulement)
1-613-991-1431 (ailleurs en Amérique du Nord)
001-613-991-1431 (à l'étranger)
media@nrc-cnrc.gc.ca
Suivez-nous sur X : @CNRC_NRC