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Schroeder Esther
Grenouillet Alexis
Barre Philippe
TPE ; l’homme et la nature.
C'est au XVIIIème
siècle que l'histoire du plastique commence lorsque Henri Regnault synthétise
du PVC pour la première fois ; découverte malheureusement restée sans
suite. C’est alors qu'en 1869 les frères Hyatt mettent au point le celluloïd :
considéré comme la toute première matière plastique artificielle.
Depuis, on utilise le mot plastique pour parler de tous les
plastiques que l'on rencontre et qui envahissent notre vie quotidienne. Les
plastiques se
substituent souvent à des matières comme le verre, le papier ou le bois. Pour
certains emplois, ils concurrencent les métaux, et même les matériaux de
construction. On ne peut d'ailleurs considérer leur développement scientifique
et technique comme terminé.
Le
plastique est un mélange contenant une matière de base, un polymère, qui est
susceptible d'être moulé, façonné, en général à chaud et sous pression, afin de
conduire à un semi-produit ou à un objet. Aujourd’hui cette matière est
présente partout dans tous nos outils, personnels et professionnels. Certes ce
produit fut révolutionnaire à son époque mais aujourd’hui il pose un gros
problème pour l’environnement.
Il ne pollue pas au sens propre du terme, mais ayant une durée de dégradation
très longue, il salit les lieux naturels et tue certains animaux le confondant
avec des proies. Pour régler ce problème, l’homme a réussit à recycler le
plastique. Le recyclage permet de réintroduire des matériaux qui compose un
produit similaire arrivé en fin de vie, ou bien des résidus de fabrication.
Le
recyclage étant le base de notre TPE, nous proposons la problématique suivante:
Comment traitions, traitons et
traiterons nous nos matières plastiques ?
Ainsi nous verrons dans une première partie la composition et le fonctionnement des plastiques pour une deuxième partie sur une ancienne méthode de traitement, en troisième partie une méthode moderne et pour finir ce que l'avenir du plastique biologique et ses applications nous réserve.
Les
Plastiques.
On ne trouve pas de matières plastiques naturelles car
elles sont toutes fabriquées par l'homme. Par contre il existe des polymères naturels tel que la
cellulose, l'amidon, les protéines, mais la majorité des polymères artificiels sont fabriqués à partir de produits
pétroliers.
Un polymère est une molécule de masse moléculaire
constituée de monomères unis les uns aux autres par des liaisons covalentes.
C'est une substance généralement organique ou semi-organique caractérisée par
la répétition d'un ou plusieurs types de motifs monomères.
Les propriétés des polymères dépendent du type d'assemblage de ces monomères et du degré de polymérisation. On distingue donc :
• les homopolymères (linéaires, ramifiés) : ce sont des polymères
constitués par l'association de molécules provenant d'un seul motif monomère ;
l'enchaînement est linéaire.
• les copolymères : la polymérisation s'effectue alors sur deux ou
plusieurs monomères différents.
• les polymères réticulés : les macromolécules s'enchaînent dans
les trois directions de l'espace (macromolécules réticulées).
La
plupart des polymères utilisés par l'homme sont synthétiques et possèdent de larges domaines d'applications. Mais
bien avant l'homme, la nature utilisait déjà les polymères. Les polymères
naturels les plus connus sont le caoutchouc, la cellulose, l'amidon, le
glycogène ou encore le dolichol.
Parmi
les polymères synthétiques, on distingue :
• les
élastomères qui possèdent les propriétés élastiques du caoutchouc.
• les
thermoplastiques qui peuvent être ramollis par la chaleur et reprendre leur
dureté normale au refroidissement.
• les
thermodurcissables qui une fois moulés, ne peuvent plus être ramollis par
la chaleur.
• les
conducteurs ou semi-conducteurs qui conduisent le courant électrique.
Comment les objets
en plastique sont-ils fabriqués ?
La
matière première, les polymères, se présente au départ sous forme de poudre, de
granulés, de flocons, de pâtes ou de liquides. Pour obtenir les différents
objets que nous connaissons, il faut les traiter par différents procédés.
- Les thermoplastiques : ils sont formables à chaud sans modification
chimique : ils ramollissent quand on les chauffe et durcissent de nouveau
en se refroidissant. On peut donc les fondre après usage et les remodeler de
nombreuses fois successives. Les polymères dans un thermoplastique sont
relativement libres et se déplacent les uns par rapport aux autres facilement
par chauffage, d’où leur faculté de fondre. Un exemple de thermoplastique :
le polyéthylène téréphtalate (PET), utilisé pour la fabrication de bouteilles
et de films alimentaires, le polypropylène, le polychlorure de vinyle ou encore
le polystyrène.
En France, 80 % de la production de matières
plastiques porte sur les thermoplastiques dont 70 % sur : le polychlorure
de vinyle (PVC), le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP). Il y a trois
étapes pour leur création : la fusion, la mise en forme et la
solidification.
- Les thermodurcissables : ils sont formables à chaud avec modification
chimique : ils résistent à la chaleur et finissent par être détruits sans
fondre si l’on élève trop la température. Ces plastiques sont moulés sous une
forme immuable. Les polymères d’un thermodurcissable sont liés par des liaisons
chimiques additionnelles qui rigidifient leur réseau et les empêchent de se
déplacer les uns par rapport aux autres, tout particulièrement quand on les
chauffe. Un exemple de thermodurcissable : les résines époxydes qui
entrent dans la composition entre autres de composants automobiles, de bateaux
et d’équipements sportifs, les phénoplastes ou encore les aminoplastes. Ce sont
en général des composants liquides qui sont mélangés et placés dans un moule où
ils réagissent et forment une structure rigide (dite tridimensionnelle
réticulée, c'est-à-dire en réseau à trois dimensions).
Ils représentent 7 % de la production française de
matières plastiques.
- Les plastiques techniques : comme leur nom l'indique, ils sont destinés à des
applications très précises en raison de leurs propriétés. Le PTFE est un
exemple de plastique technique.
Des additifs
peuvent être ajoutés aux polymères de bases car sous leurs formes brutes ils
n’ont pas souvent les qualités requises pour l’application à laquelle il est
destiné.
Pour les colorer ou leur
donner un aspect particulier, Il va donc falloir ajouter au plastique des
additifs qui vont jouer essentiellement sur l'esthétique, la stabilité
(chimique, UV, chaleur et longévité...) et la plasticité.
Certains plastiques haut de gamme sont ainsi utilisés
pour les besoins des emballages de produits cosmétiques ; par exemple pour
reproduire la pureté du cristal d’un flacon de parfum.
Une des
fonctions essentielle des additifs est de freiner l'oxydation des polymères qui
provoque un jaunissement, une perte de transparence éventuelle, l'apparition de
craquelures en surface et qui joue sur les propriétés mécaniques en diminuant
la flexibilité éventuelle, la résistance à la traction. Cette oxydation est
accélérée par la température et les UV. Les additifs vont donc piéger les
radicaux en réagissant avec eux et/ou en absorbant l'énergie UV.
Un
paramètre essentiel du contrôle de la synthèse des polymères est l'utilisation
de catalyseur qui va permettre de jouer sur la configuration des chaînes
polymériques.
Exemples de stabilisants utilisés pour le PVC :
- Composés à base de plomb
utilisés dans les tubes et profilés pour le bâtiment et dans les câbles
électriques.
- Composés à base de calcium
et zinc pour des applications alimentaires et médicales.
- Composés organiques de l'étain utilisés pour des applications
alimentaires d’objets rigides. Les dérivés thioglycoliques confèrent la
stabilité à la chaleur et les mercapto-étains la stabilité à la lumière.
Cependant les plastiques ont des noms particuliers parce qu’ils ne
sont pas tous fabriqués de la même manière et ont donc des qualités
différentes. Tel plastique sera utilisé parce qu'il est transparent, tel autre
parce qu'il est opaque, tel autre parce qu'il est très isolant, tel autre parce
qu'il empêche les odeurs de passer d'un produit à un autre, etc.
Les plastiques sont donc utilisés dans de nombreux domaines, pour des utilisations diverses.
- Emballages, jouets, matériaux cellulaires (polystyrène)
- Articles de sport, meubles, matelas, isolation thermique, châssis de
fenêtres (polyuréthanne)
- Pièces d’appareils électroménagers, de téléphones, de téléviseurs et
de radios (polyacétal)
- Bacs de batteries, tuyaux, articles ménagers et médicaux
(polypropylène)
- Récipients et bouteilles plastiques opaques, casiers à bouteilles,
tuyaux à pression (polyéthylène haute densité)
- Revêtements, châssis de fenêtres (Chlorure de polyvinyle, le PVC)
- Roues dentées, boulons, tubulures de freins (Polyamide)
- Plastiques résistants à la chaleur, isolants électriques
(tétrafluoréthylène)
- Boîtes aux lettres, réservoirs, vitrificateurs de sols (polyesters)
- Vitres incassables, visières de casques, habillage d’appareils
électroménagers, panneaux de signalisation (polycarbonates)
- Catadioptres, panneaux publicitaires, coupoles transparentes, vitres
incassables (verre acrylique)
- Moules, câbles, joints, agents d’imprégnation (silicones)
- Articles de sport, construction aéronautique et navale, pièces coulées
(résines époxydes)
- Pièces électrotechniques, cendriers d’automobile (phénoplastes et aminoplastes)
Pour éclairer la répartition des
quantités de plastiques utilisées par secteur d’activité, voici les chiffres
pour la France
-
Emballages 28%
- Bâtiment 25%
- Transports 13%
- Électricité et électronique 10%
- Autres (agriculture, santé, sport, loisirs, ameublement) 14%
Regardons d'un peu plus près quelles sont les grandes familles de plastiques et quelles sont leurs principales utilisations :
PEhd, PEbd, PP (67%) : bouteilles de
lait, bidons de lessive, bouteilles de jus de fruits, flacons de bain moussant,
sacs de supermarchés et de magasins, casiers de bouteilles, écorecharges,
bidons d'huile moteur, bouchons, sachets de cuisson pour les pâtes ou le riz,
seaux, conteneurs, fûts, films d’emballages, sacs boutique…
PET (13%) : bouteilles d'eau et de boissons gazeuses, bouteilles d'huile
et de vinaigre, bouteilles de bière, de vin, barquettes de fruits, flacons de
shampoing, flacons de lave-vitres, blisters…
PS/PSE (10%) : pots de yaourts, gobelets, barquettes, calages, caisses de
poissons…
PVC (10%) : films d'emballages, barquettes, blisters, flacons de
shampoing…
Qu’en advient-il de tous ces
composants au sein d’un plastique lors de sa dégradation ? Lors d’une
combustion ou de leur mise en décharge ?
Le
plastique peut être composé de plusieurs matières différentes qui entrainent
souvent lors de leur combustion la pollution de l’air en produisant des produits toxiques tels que les oxydes
d’azote, le fluorure d’hydrogène qui peut provoquer des maladies cardiaques,
des hémorragies ou le décès s’il est fortement inhalé.
La
combustion du polyéthylène PE et du polypropylène PP ne dégage que de l'eau et
du gaz carbonique.
Pour voir si le plastique est du PE ou du PP, les flammes sont jaunes dues aux
particules de carbone incandescentes et les fumées blanches.
L'odeur ressemble à l'odeur de bougie.
Exemples
de produits PE et PP :
flacons de shampoing, films plastiques…
Le
PVC en brulant, produit des dioxines, du chlore, des vapeurs d’acides
chlorhydriques, du cyanure d’hydrogène (mortel en faible quantité), la
combustion du PVC produit des vapeurs noires et l’odeur qui s’en dégage est
acide et piquante.
Exemple
de produits en PVC
: bouteille de vinaigre, tuyau d'arrosage...
Le plastique est très mauvais pour l’environnement car n’est pas biodégradable
et la combustion du plastique rejette dans l’atmosphère des produits toxiques
très polluants provoquant des pluies acides, ayant des répercutions sur l’effet
de serre et la destruction de la couche d’ozone.
Les
matières plastiques favorisent la formation de poches de gaz tel que le méthane
ce qui augmente le risque d’incendies et d’explosions. Certains plastiques,
riches en métaux lourds, peuvent être libérés dans l’environnement, d’autres
plastiques créent des maladies graves ;
asthme, bronchites, hémorragies, troubles cardiaques…
Il existe néanmoins des matières plastiques qui lors de leur combustion ne
produisent que de l’eau et du gaz carbonique car elles contiennent du
polyéthylène et du polypropylène. Concrètement, le PVC est la matière la plus
dangereuse.
Un
grand nombre d’usines d'incinération sont équipées d'installations de lavage
des fumées destinées à capter l'essentiel de ces polluants. Ainsi 90 % du
chlorure d'hydrogène, des oxydes de soufre et de cyanure d'hydrogène sont neutralisés
par des lavages basiques.
La
plupart des polluants de l'atmosphère sont rejetés par le phénomène de
combustion accentuant le problème de l’effet
de serre.
L'effet de serre est à l’origine un phénomène
naturel : le gaz carbonique et la vapeur d’eau de notre atmosphère retiennent
la chaleur sur la surface de la terre. Sans cet effet il ferait -18°C
Les gaz à effet de serre (GES) sont des
composants gazeux qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface
terrestre, contribuant à l'effet de serre. L'augmentation de leur concentration
dans l'atmosphère terrestre est un facteur soupçonné d'être à l'origine du
récent réchauffement climatique.
Un
gaz ne peut absorber les infrarouges qu'à partir de trois atomes par molécule,
ou à partir de deux si ce sont deux atomes différents.
Les
principaux gaz à effet de serre qui existent naturellement dans l'atmosphère
sont :
la vapeur d'eau (H2O)
le dioxyde de
carbone (CO2)
le méthane (CH4)
le protoxyde d'azote
(N2O)
l'ozone (O3)
L'eau, sous forme de vapeurs ou
de nuages, est à l'origine de 72 %, soit près de trois quarts de l'effet
de serre total.
Le
dioxyde de carbone est le principal, en quantité, gaz à effet de serre produit
par l'activité humaine, soit 74 %.
De
plus, entreposés dans les décharges, les plastiques restent à la surface et
s'envolent à la moindre brise. Enfouis dans le sol, ils sont imperméables et
empêchent les gaz inflammables de s'échapper ce qui augmente les risques
d'incendie ou d'explosion. Le recyclage ou leur traitement est donc impératif!
Les
bienfaits du tri et du recyclage sont manifestes.
Des
analyses environnementales poussées, menées sous contrôle d'experts, ont pu
chiffrer l’impact d’une année de collecte sélective sur l’environnement.
|
1 tonne recyclée |
GES évités en CO2 |
|
Acier |
1,78 tonnes |
|
Aluminium |
6,89 tonnes |
|
Papier carton |
0,04 tonnes |
|
Briques alimentaires |
0,13 tonnes |
|
Bouteilles et flacons PET |
2,29 tonnes |
|
Bouteilles et flacons PEHD |
1,53 tonnes |
|
Verre |
0,46 tonnes |
D’après
l’Organisation Mondiale de la
Santé
De
plus, l’OMS a classé la dioxine comme substance cancérigène. Les dioxines
résultent d’une combustion, par exemple, du PVC.
En France, elle fait
l'objet d'une surveillance par le ministère de l'Agriculture et de la Pêche.
Les dioxines sont des résidus essentiellement formés lors des combustions,
industrielles ou naturelles, qui se retrouvent donc dans l'environnement et, de
ce fait, dans la chaîne alimentaire.
Par exemple les dioxines peuvent provenir de gaz d'échappement de voitures, de
la combustion de bois, de lait, de viande, de boisson.. Mais si l'on considère
la quantité de dioxine libérée dans l'environnement, les incinérateurs de
déchets sont les plus grands coupables, la combustion y étant incomplète.
Les effets des dioxines sur la
santé humaine :
Chez l'homme,
une exposition à court terme à des teneurs élevées en dioxine peut être à
l'origine de lésions cutanées, chloracné et formation de taches sombres sur la
peau ainsi qu'une altération de la fonction hépatique.
Une exposition prolongée est liée à une atteinte
du système immunitaire, à la perturbation
du développement du système nerveux et à des troubles du système endocrinien et de la fonction de reproduction.
L'exposition chronique d'animaux aux dioxines a entraîné l'apparition de
plusieurs types de cancer.
Mais on
ne peut pas dire que le risque de cancer augmente automatiquement quand on a
des dioxines dans le corps. Un certain nombre d'autres facteurs interviennent
comme les concentrations de l'exposition de la personne aux dioxines et la
durée de cette exposition.
Selon PlasticsEurope ; l’organisation professionnelle des producteurs européens de
matières plastiques, la consommation annuelle de plastique par habitant est de 30 kg
100 kg
30 kg
100 kg
Les
principaux avantages des matières plastiques deviennent des inconvénients
lorsque ces produits, ayant rempli leurs fonctions, deviennent des déchets car
il ne sont pas biodégradable. La durée de dégradation d’un sac plastique est
estimé entre 100 et
400 ans. 80 % des sacs ne sont ni
triés, ni recyclés, ni incinérés.
De
plus, les sacs plastiques sont nocifs
pour la faune et la flore. Ils représentent un danger pour les grands
organismes marins (tortues, cétacés, thons…) en provoquant leur étouffement ou
leur étranglement lorsqu’ils les absorbent, les confondant avec des proies.
Ils modifient aussi l’écosystème marin
en empêchant la pénétration de la lumière dans l’eau et gênent le développement
des micro-organismes.
Etant légers et résistants, ils sont facilement
emportés par le vent ou les rivières et créent une pollution relativement
durable.
Le
ministère de l’Ecologie et du Développement durable a donc engagé une action
visant à réduire la distribution des
sacs plastiques et des prospectus publicitaires.
Mais réduire ne suffit pas. Qu’en es-t-il du recyclage ?
Le
recyclage n’est malheureusement pas toujours possible car certains produit
sont, pour l’instant, non apte aux recyclage.
Le recyclage n’est pas seulement de la transformation, c’est aussi une autre manière
d’utiliser le produit.
Le
recyclage est un nom donné au concept de trier ou de ne pas gaspiller des
déchets. Il permet donc de régénérer les matières plastiques et de les
transformer.
Les opérations de
recyclage des déchets commencent avant tout par la collecte des déchets.
Le tri automatique :
Après avoir collecté les emballages, papiers et objets encombrants arrivent au
centre de tri grâce aux camions poubelles.
Ensuite ils sont pesés pour connaître la quantité de déchets réceptionnés. Les
déchets sont versés dans une fosse de réception pour être poussés, grâce a un
tractopelle, vers un tapis d’alimentation qu’il les conduira vers la chaine de
tri automatique.
En haut de ce tapis, de gros aimants captent les déchets contenant du fer.
Cet acier est ensuite
envoyé vers des Recycleries spécifiques. Il reste ensuite les papiers, cartons,
bouteilles en plastique, canettes en aluminium... qui tombent sur la table de
tri inclinée.
Un tamis retient les déchets légers, comme le papier, et laisse passer les
déchets plus lourds et plus gros.
Ces déchets légers partent sur un tapis vers la chaîne de tri manuel.
Les déchets lourds, bouteilles en plastique, flacons, canettes en aluminium...
glissent et tombent sur un autre tapis également vers la chaîne de tri manuel.
Le tri manuel :
Le tri manuel est l’action
qui se déroule avant le recyclage. Les différents plastiques sont triés selon
leur poids. Les déchets arrivent sur deux tapis, un tapis pour les déchets
légers (journaux, papiers…) et l’autre pour les déchets lourds (bouteilles
plastiques, canettes…).
Après
avoir été séparés, les déchets sont récupérés par des ouvriers, où ils sont de
nouveau triés entre les déchets recyclable et ceux qu’ils ne le sont pas.
Pour finir, les objets
recyclables sont placés dans des alvéoles spécifiques. Par exemple ; les
journaux dans l’alvéole des papiers.
Après le tri terminé, les plastiques ou les papiers sont envoyés dans la presse
a balle.
Le recyclage :
Les
déchets plastiques (bouteilles, emballages...) sont triés selon leur
composition. Ils sont ensuite broyés grossièrement avant d'être lavés dans un
bain spécial pour enlever toutes les impuretés (colle, papier, verre,
aluminium...). Ils sont ensuite essorés puis séchés et broyés finement. On
obtient alors de la poudre de plastique qui peut être réutilisée pour la
fabrication d'autres produits plastiques.
On
peut par exemple fabriquer des tuyaux : la poudre de plastique est chauffée
puis, une fois liquide, versée dans des moules.
Cette
valorisation est coûteuse et ne peut pas être appliquée à tous les déchets. Le
recyclage d'un pot de yaourt par exemple coûte plus cher que la fabrication
elle même.
En outre, le tri (coûteux) suppose que les consommateurs
fassent eux mêmes un premier tri : d'une part il faut leur en donner les
moyens : des structures adaptées sont à prévoir (poubelles vertes,
déchetteries...), d'autre part il faut qu'ils utilisent ces moyens en adoptant
une attitude citoyenne, ce qui n'est pas souvent le cas.
L'automatisation
permet aussi d'étendre le tri aux déchets qui ne peuvent pas être séparés par
des méthodes manuelles ; un exemple est l'identification des plastiques
par trieurs optiques.
Les
avantages du recyclage :
- Economie
d’une grande partie de l’énergie nécessaire a la fabrication des matières
plastiques premières.
- Atténuation
des problèmes liés à la pollution des plastiques et de leur fabrication.
- Prix diminués des matières premières et
secondaires.
- Coûts et
pollutions, liés à l'incinération ou à la mise en décharge, diminués.
- Préservation
des combustibles fossiles non renouvelables.
- Réduction
des quantités de déchets.
- Réduction
d’émission de gaz à effet de serre.
- Méthode d’élimination plus
économique que l’incinération ou l’enfouissement en décharge.
Ces dernières années ont vu
naître un certain engouement pour les biomatériaux
en général et pour les biopolymères en particulier. L'augmentation du prix du pétrole
n’a fait qu’accentuer cette tendance.
Avec l'émergence des
biopolymères, on ne parle plus de recyclage mais plutôt de compostage et de
biodégradabilité.
Les matériaux sont dits biodégradables
lorsqu'ils ont la capacité d’être entièrement assimilés par des
micro-organismes présents dans un type d’environnement qui se nourrissent de
ces plastiques afin d’y puiser l’énergie nécessaire à leur survie. Le carbone
du plastique doit être entièrement converti en CO2 durant le procédé
microbien. La biodégradation, au même titre que la photosynthèse, fait partie
du cycle naturel. Elle permet de créer le CO2 nécessaire à la
photosynthèse.
Sont compostables les
plastiques biodégradables sous certaines conditions spécifiques d’humidité et
de température. Cette dégradation a lieu sous l’effet de micro-organismes et du
temps. L’objectif de ce procédé est de dégrader la matière organique en termes
de CO2, d’eau et d’humus sous l’action des micro-organismes.
Les plastiques traditionnels sont bannis de cette méthode de traitement des
déchets car ils ne se dégradent pas par compostage et créent des contaminations
de la terre. Les bioplastiques quant à eux sont compostables mais doivent
répondre à certains critères avant d’être compostés.
Les biopolymères et les bioplastiques sont les produits essentiels
d'une industrie durable des matières plastiques. Ils diminuent la dépendance à
l'égard des combustibles fossiles, des sources d'énergie non renouvelables, et
sont facilement biodégradables.
Ce double avantage permet de limiter grandement les
répercussions environnementales liées à la fabrication et à l'utilisation des
plastiques.
En outre, des caractéristiques comme la biodégradabilité
rendent plus acceptable l'usage prolongé de ces produits par la société.
On dénombre cinq types différents de biopolymères que l’on peut regrouper en trois classes :
Les biopolymères
sont ainsi créés afin de remplacer les constituants plastiques.
Le bioplastique,
lui, désigne différentes matières plastiques issues de ressources renouvelables,
telles que le maïs, la patate douce, le blé, la canne à sucre ou l’huile de
ricin.
Il est fabriqué à partir de
matières renouvelables, généralement d’origine végétale, à partir de plantes
entières comme le maïs.
D’autres ont pour matière première l’amidon extrait des céréales (blé ou maïs)
ou de la pomme de terre. Cet amidon est transformé afin de produire des
granulés de matériau thermoplastique.
D’autres encore sont fabriqués à partir de cellulose.
Deux méthodes sont utilisées
pour produire des bioplastiques :
1) Production de matières plastiques par
fermentation :
La
fermentation, que les hommes utilisent depuis des centaines d'années, devient
encore plus évoluée lorsqu'elle est jumelée aux nouvelles techniques
biotechnologiques. Ce procédé consiste à faire appel à des micro-organismes
pour transformer des substances organiques en l'absence d'oxygène. De nos
jours, il est possible de la réaliser avec des micro-organismes génétiquement
modifiés, spécialement conçus pour survivre dans les conditions caractérisant
ce procédé et pour être adaptés à la substance transformée par le
micro-organisme. Deux types de fermentation sont utilisés dans la fabrication
de biopolymères et de bioplastiques.
Fermentation productrice de polyesters bactériens – Les bactéries sont l'un des
types de micro-organisme susceptibles d'être utilisés pour la fermentation. En
réalité, la fermentation est le procédé permettant d'obtenir des polyesters à
partir de bactéries. Pour ce faire, on se sert de la bactérie Ralstonia Eutropha.
Ce micro-organisme utilise le sucre des plantes récoltées, tel le maïs, comme
combustible, pour réaliser ses processus cellulaires. Le sous-produit qui en
découle est le polymère. On sépare ensuite les polymères des cellules
bactériennes.
Fermentation productrice d'acide lactique – L'acide lactique est obtenu
par la fermentation du sucre, un procédé qui ressemble grandement à celui
permettant d'obtenir directement des polymères à partir de bactéries.
Toutefois, le produit final de la fermentation est l'acide lactique plutôt
qu'un polymère. On transforme ensuite l'acide lactique obtenu en acide
polylactique par des méthodes de polymérisation classiques.
Par exemple ; des chercheurs japonais et
indonésiens ont travaillé à partir de manioc afin de produire un plastique
biodégradable :
à Jusqu'à
présent, les tentatives pour tirer un matériau plastique de cette plante furent
des échecs, en raison de la quantité importante d'eau contenue dans le manioc,
et sa tendance à pourrir rapidement. Un partenariat entre l'Université
d'Agriculture et de Technologie de Tokyo et l'Agence Indonésienne des
Technologies Appliquées a permis de remédier à ces problèmes : Les racines de manioc sont moulues puis incorporées dans une
solution où une enzyme produit de l'acide lactique. L'acide lactique va être
ensuite récupéré puis chauffé afin de produire un plastique biodégradable.
2) Production de matières plastiques par
les plantes :
Des chercheurs se servent de plantes comme support de
fabrication de matières plastiques. Ils ont créé, par génie génétique, une
nouvelle variété de Arabidopsis thaliana qui renferme l'enzyme utilisée par les
bactéries pour produire des matières plastiques. Les bactéries produisent les
matières plastiques en transformant la lumière solaire en énergie. Les
chercheurs ont inséré dans la plante le gène qui code pour cette enzyme, ce qui
lui permet de produire le plastique par l'entremise de ses mécanismes
cellulaires. On récolte la plante et on en extrait le plastique au moyen d'un
solvant. La distillation du liquide obtenu permet ensuite de séparer le solvant
du plastique.
Les
différentes utilisations des bioplastiques :
Emballages
:
- Sacherie : sacs à poubelles pour les déchets ménagers, sacs de caisse, sacs
cabas…
- Films industriels : films rétractables, films alimentaires…
- Bouteilles, emballages de fruits et légumes, barquettes…
Automobile
:
- Pièces détachés pour automobiles,
- Pneumatiques…
Electronique
- Téléphones portables, coques d’ordinateurs,…
Produits
d’hygiène :
- Cotons-tiges, couches culottes, hygiène féminine….
Pharmacie cosmétologie :
- Gélules, pots etc..
Comment
fabriquer un plastique d'origine naturelle ?
Du début XXe jusqu'au années 30, la galalithe ou
"pierre de lait" était utilisée pour la fabrication de boutons, bijoux, porte cigarette,
stylos..
Puis
le plastique est apparu. Plus facile d'utilisation, on peut mouler le plastique
alors que la galalithe doit être travaillée à la main, la galalithe a
progressivement disparu.
Cette matière naturelle est pourtant très utile et possède beaucoup
d'avantages : fabriquer la petite pièce qui manque, obtenir de belles
perles pour le prix d'un litre de lait. Sa texture est comparable à l'ivoire,
et on la travaille comme l'os.
C’est
donc en faisant réagir du lait bouillant et du vinaigre, que nous sommes
parvenu à fabriquer une pâte plastique très malléable.
Le vinaigre déposé dans le lait bouillant a crée une réaction chimique qui a
dissocié la protéine de caséine du lait des autres parties liquides car c'est
un précipité en milieu acide.
Le principal intérêt
du bioplastique comme produit de substitution aux plastiques issus du pétrole
est son caractère renouvelable.
Pourtant, les bioplastiques ne font pas l’unanimité. La consommation d’eau, de
pesticides et d’engrais lors de la phase de production des matières premières
agricoles pourrait en effet poser problème.
Cependant, les
bioplastiques sont un sujet de recherche très actif dans la recherche
fondamentale comme dans la recherche appliquée : ils permettent d’ores et
déjà de fabriquer un large éventail de produits : emballages et sacs poubelles
biodégradables, rasoirs jetables, couettes, oreillers et moquettes, coques pour
téléphone ou ordinateur, des stylos, des sacs, des couverts, des films alimentaires mais aussi
des objets relevant de techniques plus sophistiquées : nano-objets,
aérogels (un gel où la composante liquide est remplacée par un gaz ; ce
sont des isolants extrêmement performants), capsule pour la libération
contrôlée de médicaments…
Le principal défi des bioplastiques va être
d’accroître les rendements de production, actuellement trop faibles pour être
vraiment rentables économiquement. D’autant que la production actuelle de
bioplastiques est consommatrice non négligeable d’énergies fossiles, et qu’ils
contiennent des additifs « non renouvelables » qui leur permettent
d’atteindre les normes exigées des plastiques communs.
D’autre part, si la production était développée massivement, la production de bioplastiques
entrerait en concurrence avec la production classique de végétaux alimentaires
et celle de biocarburants. Les surfaces cultivables ne sont pas assez vastes
pour tout faire. Une solution intermédiaire, sur laquelle se penchent des
chercheurs pour du maïs, consisterait à déconnecter par génie génétique les
parties alimentaires de la plante (graines) qui ne produiraient pas de
plastiques du reste de l’appareil végétatif (feuilles, tiges) qui, lui,
produirait le bioplastique.
Mais le bioplastique
ne représente actuellement que 0,2% du marché européen du plastique. Il devrait
cependant connaître une forte croissance, en raison de l'augmentation des prix
du pétrole et des obligations de recyclage et de respect de l'environnement. Les estimations montrent que la
part de marché des bioplastiques en 2010 sera comprise entre 1% et 2% (elle
était inférieure à 0,1% en 2002) et de 5 à 10% des emballages
et films d’ici 2015.
Mais même avec ces taux de croissance annuelle importants, le marché des
bioplastiques est et restera très faible.
Les bioplastiques constituent une chance pour économiser
un peu les plastiques issus de l’industrie pétrolière et réduire, quoique
faiblement, la dépendance aux énergies fossiles. Mais, théoriquement autant que
techniquement, la partie n’est pas jouée.
Qu’en es-t-il du rapport avantages inconvénients ?
Avantages:
De
nombreux avantages sont évidents dans l'utilisation des bioplastiques.
Tout
d'abord, il y a évidemment la question de la durée de décomposition.
Celle-ci se trouve diminuée, plus ou moins suivant le plastique utilisé (
Biodégradable, Bio-fragmentable, oxo-biodégradable... ).
Ces
nouveaux plastiques sont donc une amélioration pour la nature mais
aussi une amélioration pour les emplois primaires tels que
l'agriculture. En effet, la matière issue de la fécule de pomme de terre, par
exemple, est dense et la quantité de matières premières utiles est donc
grandement réduite.
De
plus, le procédé de synthèse de plastique à partir de l'amidon demande
moins de chaleur que celle du plastique commun et permet alors des économies
d'énergie.
Enfin,
on constate aussi que de nouveaux débouchés s'offrent aux agriculteurs qui
devront fournir les matières premières nécessaire à la réalisation de ces
plastiques renouvelables.
Inconvénients:
Malgré
tous ces avantages, il faut toutefois souligner que les bioplastiques ne sont
pas forcément produits à partir de biomatériaux, tels que les plantes. En
effet, plusieurs types de bioplastiques sont fabriqués à partir
de produits pétroliers, tout comme le plastique ordinaire et ne seront
donc pas une véritable alternative aux sacs non dégradables en cas de
pénurie pétrolière.
De
plus, on ne connait pas exactement leur durée de vie dans la nature : la
dégradation se limite à la fragmentation du produit ; seul l’amidon de
maïs se dégrade complètement, des résidus restent donc dans la nature et
polluent les sols.
D'autre
part, un doute subsiste quant à la non-nocivité des additifs introduits dans
ces bioplastiques pour l'environnement.
Par
ailleurs, lors de la dégradation de ces matières plastiques, du CO2 ainsi que
du méthane sont produits et libérés dans l'air et ainsi augmentent l'effet de
serre.
Enfin,
les bioplastiques sont de 20 à 30 % plus chers que le plastique commun.
Les
bioplastiques ne sont donc pas encore une alternative efficace aux
plastiques communs.
À long terme, le recours aux biopolymères et aux
bioplastiques signifiera probablement que les plastiques demeurent abordables
même à mesure que les réserves de combustibles fossiles diminuent.
L’apparition de ce nouveau concept est ainsi lié à une
prise de conscience économique et environnementale.
