Matériaux impossibles : Cellulose

22-juil-2022 - Dernière mise à jour le 22-juil-2022 à 16h18 GMT

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Le dioxyde de titane colorant controversé (E171) a longtemps attiré l'attention pour son lien avec des conséquences négatives sur la santé, y compris le développement du cancer.

L'ingrédient litigieux - actuellement utilisé comme colorant dans des produits tels que le chewing-gum, les pâtisseries, la crème à café, les compléments alimentaires, les soupes et les sauces - est également nocif pour la planète.

Dans un peu plus de deux semaines, le 7 août, le dioxyde de titane ne sera plus autorisé en tant qu'additif alimentaire dans l'UE. Les fabricants de produits alimentaires se bousculent pour trouver des alternatives aux pigments blancs, et la spin-out de l'Université de Cambridge pense avoir trouvé la solution.

Impossible Materials développe un pigment blanc durable entièrement fabriqué à partir de cellulose.

L'inspiration pour la technologie d'Impossible Materials vient de la nature : un genre de coléoptères connu sous le nom de Cyphochilus, originaire d'Asie du Sud-Est.

La tête, le corps et les pattes du coléoptère Cyphochilus sont recouverts de minuscules écailles elliptiques, qui couvrent tout l'exosquelette. Ces écailles sont d'un blanc exceptionnellement brillant.

Pour que quelque chose apparaisse blanc, la lumière de toutes les longueurs d'onde visibles doit être diffusée. La clé pour créer un matériau blanc est de créer une structure rugueuse et poreuse dans laquelle la lumière peut "rebondir", a expliqué la start-up.

L'exosquelette du coléoptère Cyphochilus contient exactement cela : un système de type réseau "extraordinaire" qu'Impossible Materials reconnaît comme "l'un des meilleurs" diffuseurs de lumière trouvés dans la nature.

En utilisant les écailles de coléoptère comme "bioinspiration", l'équipe d'Impossible Materials a cherché à trouver une structure fibreuse similaire pour créer une couleur blanche, qu'ils ont identifiée dans la cellulose. "Sa structure inhérente en forme de tige imite le système de diffusion de la lumière du coléoptère Cyphochilus", a expliqué la start-up.

Comme l'a expliqué le PDG Lukas Schertel, créer de la "blancheur" n'est pas très difficile. "Vous pouvez toujours créer de la blancheur en utilisant de nombreux" éléments diffusants ", comme nous l'appelons. Lorsqu'il y a beaucoup de particules, la lumière qui entre est en quelque sorte aléatoire et crée l'apparence blanche.

"Si vous ajoutez plus de ce matériau ou si vous rendez votre revêtement très épais, vous obtiendrez toujours un aspect blanc."​

Le véritable défi pour l'industrie est de créer de la blancheur avec très peu de matière à une échelle très fine.

Impossible Materials traduit la structure de l'exosquelette du scarabée à l'aide d'un matériau plus durable : la cellulose.

La start-up prétend fabriquer des pigments structuraux "plus sûrs" et plus renouvelables qui peuvent être utilisés dans les colorants alimentaires, les emballages, la peinture automobile, le papier, ainsi que les cosmétiques et les articles de soins personnels tels que le dentifrice.

"Maintenant, le produit… est beaucoup plus proche de ce à quoi l'industrie est habituée car il n'y a pas seulement l'aspect de la blancheur, mais aussi la stabilité mécanique, la stabilité du mélange et la résistance à la température.​

"Mais c'est toujours 100% cellulose. Rien d'autre."​

Le "plus grand" moteur derrière l'ambition d'Impossible Materials de remplacer le dioxyde de titane sur le marché provient des pressions réglementaires, a expliqué Schertel.

Le dioxyde de titane, ou TiO2​​, est classé par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) des Nations Unies comme cancérogène possible pour l'homme. En octobre 2020, l'Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) a statué que le TiO2​​ n'est plus considéré comme sûr lorsqu'il est utilisé comme additif alimentaire.

La France avait déjà interdit son utilisation à partir du 1er janvier 2020, après que des recherches antérieures aient suggéré qu'il pouvait provoquer le cancer. L'étude de 2017, publiée dans Nature, a révélé que les croissances précancéreuses chez les rats de laboratoire avaient augmenté de 40 % après que la molécule avait été ajoutée à leur eau potable pendant 100 jours.

Dans l'UE, le règlement interdisant l'utilisation de TiO2 en tant qu'additif alimentaire est entré en vigueur le 7 février et prévoyait une période de grâce de six mois pour donner aux entreprises alimentaires le temps d'éliminer progressivement l'utilisation de l'additif et de trouver une alternative.

Cette période de grâce de six mois touche maintenant à sa fin, et pourtant Schertel n'est pas convaincu que les fabricants aient trouvé l'alternative parfaite. Ils ne sont pas satisfaits de la "blancheur" des alternatives actuelles au TiO2 sur le marché en termes de performances, a déclaré le PDG à FoodNavigator.

Et retirer complètement le TiO2 sans remplacement n'est pas une option. "L'acceptation d'un produit par les clients est plus faible sans lui, car [avec TiO2​] il a une apparence de type "qualité visuelle".​

"Par conséquent, les fabricants recherchent activement quelque chose pour le remplacer. Je ne pense pas qu'aucune des alternatives sur le marché ne soit aussi innovante ou durable que notre matériau."​

"Nous venons avec l'aspect durable, nous venons sans concurrence en termes de performances. Je pense qu'il y a de très fortes chances que nous réussissions sur le marché alimentaire."​

Avec environ 10 millions de tonnes produites par an, TiO2 est le leader du marché de l'industrie des pigments blancs de 16 milliards de dollars. Il est utilisé dans près des deux tiers de tous les pigments.

Outre ses problèmes de santé largement médiatisés, le TiO2 est également un matériau "douteux pour l'environnement", a expliqué Schertel. Le composé est créé lorsque le titane - présent dans les minéraux de la croûte terrestre - réagit avec l'oxygène de l'air.

Le titane est extrait en Australie, en Sierra Leone, en Afrique du Sud, en Russie et au Japon, et la production de TiO2 est associée à de "grosses" émissions de CO2, nous a-t-on dit. La Titanium Dioxide Manufacturers Association estime l'empreinte carbone du pigment, sur la base des données de 2012, à 5,3 tCO2e/TiO2​ produit.

Impossible Materials, d'autre part, travaille avec la cellulose, un matériau naturel largement disponible, qui peut provenir de biodéchets, tels que la pâte de bois ou les déchets agricoles.

"La cellulose est beaucoup plus durable car elle peut se dégrader, ce qui n'est le cas d'aucun des pigments à base de métaux lourds. Et elle peut repousser."

Concédant qu'il est trop tôt pour calculer exactement la quantité de CO2e qui pourrait être éliminée en remplaçant le TiO2 par l'alternative d'Impossible Materials, le PDG a déclaré que les premières prévisions suggèrent une économie potentielle de 90 % de CO2, « ce qui est beaucoup ». .​

Le plus grand défi pour Impossible Materials consiste à adapter son ingrédient à l'environnement commercial. La start-up lève actuellement des fonds pour faire progresser son produit vers la prochaine étape de mise à l'échelle, puis finalement vers la commercialisation.

Impossible Materials travaille actuellement avec des clients sur des preuves de concepts.

Concernant sa stratégie de mise sur le marché, la start-up étudie la fourniture à la fois aux entreprises d'ingrédients et aux fabricants. Pour commencer, Impossible Materials ciblera des applications de niche à forte valeur ajoutée, telles que celles que l'on trouve dans les secteurs alimentaire, pharmaceutique et cosmétique.

En termes de réglementation, Schertel a souligné que le pigment n'est pas de taille nanométrique. "Notre produit n'est pas une nano-cellulose… Je pense que cela le rend très intéressant, car l'aspect nano était la principale préoccupation concernant le dioxyde de titane - pas le matériau lui-même mais sa taille nano."

En effet, l'EFSA a découvert que le TiO2 contient (au plus) 50 % de particules dans la gamme nano (c'est-à-dire inférieures à 100 nm) auxquelles les consommateurs peuvent être exposés.

Lorsque l'EFSA a estimé que l'additif était dangereux pour la consommation humaine, le professeur Maged Younes, président du groupe scientifique de l'EFSA sur les additifs alimentaires et les arômes (FAF), a déclaré : « Un élément essentiel pour parvenir à cette conclusion est que nous ne pouvions pas exclure les problèmes de génotoxicité après la consommation de particules de dioxyde de titane. Après ingestion orale, l'absorption des particules de dioxyde de titane est faible, cependant elles peuvent s'accumuler dans l'organisme."​

Schertel a expliqué que la technologie d'Impossible Materials est «beaucoup plus proche» de ce que l'on appelle la cellulose microcristalline et s'attend à ce qu'elle soit étiquetée comme telle sur l'emballage.

Les matériaux cellulosiques de ce type aux États-Unis, par exemple, sont généralement reconnus comme sûrs (GRAS).

"Notre travail, en tant que fournisseur d'ingrédients, est de produire une qualité constante avec toutes les propriétés caractérisées, puis cela entre dans la formulation. La formulation doit ensuite être approuvée par les fabricants de produits alimentaires", a-t-il poursuivi.

"Mais nous ne voyons aucun obstacle là-bas, car nous sommes dans cette gamme micro et non dans la gamme nano."

Impossible Materials s'attend à travailler sur les «étapes de mise en œuvre» avec les clients au cours des 12 à 18 prochains mois et prévoit de réaliser une production à grande échelle dans les deux à trois prochaines années.

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