Bioplastique

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher

Le terme bioplastiques désigne des matériaux de deux types. Il s'agit d'une part de matières plastiques agrosourcées, ou agroplastiques, issues de ressources renouvelables, telles que le maïs, la patate douce, le blé, la canne à sucre ou l'huile de ricin, et d'autre part de matières plastiques biodégradables, y compris issues de réactions pétrochimiques. Certains matériaux présentent les deux caractéristiques, agrosourcés et biodégradables.

L'utilisation de bioplastiques, en lieu et place des plastiques issus des hydrocarbures, permet une réduction des rejets de gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone, CO2) lors de la production. En effet, les plantes ayant servi à la fabrication du bioplastique ont absorbé du CO2 pendant leur croissance. Après leur utilisation, les bioplastiques vont restituer le carbone qu'ils contiennent sous forme de CO2, qui sera à nouveau capté par d'autres plantes. Le bilan carbone est neutre en théorie mais il faut prendre en compte les facteurs émetteurs de CO2 tels que les engrais ou l'énergie nécessaire à la transformation du matériau. La valorisation du bioplastique par le recyclage, le compostage ou même la combustion est aussi possible, ce qui permet de diminuer ces facteurs.

Les agroplastiques ne sont pas forcément biodégradables au sens de la norme internationale. Leur intérêt provient essentiellement de leur caractère renouvelable.

Les bioplastiques sont des polymères. Ces derniers sont présents partout dans la nature : dans le bois, dans les fruits ainsi que dans les fourrures d'animaux.

À l'inverse, il existe des bioplastiques d'origine pétrochimique, tels la polycaprolactone (PCL), qui sont biodégradables.

D'autres plastiques sont dits dégradables (ou oxo-dégradables) grâce à des charges métalliques qui vont casser la structure moléculaire de la matière en particules invisibles à l'œil nu, afin de les rendre potentiellement biodégradables. Il est à noter que cette technologie par oxydation peut aussi s'appliquer à certains types d'agroplastiques issus de la canne à sucre, ou de la betterave par exemple. Les bioplastiques se présentent parfois sous la forme de matériaux composites utilisant des renforts et/ou résines d'origine bactérienne ou végétale. Ils sont une combinaison de résines thermoplastiques ou thermodurcissables et de renforts sous forme de poudres, fibres, tissus ou non-tissés. Les procédés de production sont principalement l'injection et la thermocompression.

Histoire[modifier | modifier le code]

Historiquement, les bioplastiques ont été inventés pour répondre à des besoins humains avant l'application industrielle de la pétrochimie (voir l'historique des matières plastiques), par exemple :

Les bioplastiques sont caractérisés par le fait que :

  • la résine pétrochimique est remplacée par une résine d'origine végétale ou bactérienne

et/ou

et/ou

Ces marchés sont en forte croissance, principalement du fait de l'augmentation des prix du pétrole, des obligations de recyclage et de respect de l'environnement.

Applications[modifier | modifier le code]

Les bioplastiques biodégradables sont utilisés notamment pour les articles jetables, comme les articles de conditionnement et de restauration (vaisselle, couverts, casseroles, bols, pailles). Ils ne sont pas recyclables avec les plastiques traditionnels. Ils sont également souvent utilisés pour les sacs de déchets organiques, où ils peuvent être compostés avec les déchets alimentaires ou verts. Certains bacs et conteneurs pour les fruits, les légumes, les œufs et la viande, des bouteilles pour boissons et de produits laitiers et des feuilles blister pour les fruits et les légumes sont fabriqués à partir de bioplastique. Les bioplastiques non biodégradables sont plutôt réservés aux applications non jetables, telles que les boitiers de téléphone mobile, les fibres de moquette, et les intérieurs de voiture, conduits de carburant ainsi que les tuyaux en plastique. De nouveaux bioplastiques électroactifs sont développés pouvant être utilisés pour transporter le courant électrique[1].

Recherche[modifier | modifier le code]

Les bioplastiques sont un sujet de recherche très actif dans la recherche fondamentale comme dans la recherche appliquée.

Sharp[modifier | modifier le code]

En 2007, six brevets ont été déposés pour les techniques mises en œuvre par Sharp pour créer ce nouveau matériau. Le groupe Sharp a précisé : « Notre technique permet d'intégrer 30 % de plastique végétal dans un polystyrène. » Sharp a dit vouloir employer ce matériau aux vertus écologiques pour les caissons de ses appareils à partir de 2007.

Typologie[modifier | modifier le code]

Acide polylactique (PLA)[modifier | modifier le code]

Le PLA est le bioplastique le plus commercialisé. Sa production industrielle nécessite l'usage de biotechnologies avancées. Son utilisation intervient dans différents secteurs, de l'emballage à la chirurgie. Le PLA est un bioplastique biodégradable. Par rapport aux plastiques issus de pétrole, le PLA est plus cher en moyenne (3-4 euros le kilogramme) et ses propriétés techniques sont moindres par rapport aux plastiques traditionnellement issus du pétrole. Comme les plastiques traditionnels issus du pétrole ont bénéficié de décennies d'améliorations techniques par rapport à des polymères relativement récents tels que le PLA, les propriétés des formulations de PLA pourront être améliorées. Une barrière technique pour le développement du PLA est également le fait que les équipements des plasturgistes sont conçus pour les plastiques pétrochimiques. Les équipements adaptés au PLA nécessitent des investissements.

Poly-3-hydroxybutyrate (PHB)[modifier | modifier le code]

Polyamide 11[modifier | modifier le code]

Le polyamide 11 (PA 11) est issu de l'huile de ricin. Il s'agit d'un polyamide haute performance. Son coût étant élevé, il n'est pas amené à devenir un substitut à large échelle des plastiques dérivés de pétrole, mais à les remplacer pour les applications dans lesquelles ses performances techniques sont recherchées. Il est fabriqué notamment par la société Arkema, sous le nom de Rilsan (marque déposée).

Polyéthylène biodérivé[modifier | modifier le code]

Les polyéthylènes biodérivés actuels proviennent de la transformation de l'éthanol en éthylène, suivie de sa polymérisation. L'éthylène biosourcé est aussi appelé « bio-éthylène ». Il est commercialisé notamment par la société brésilienne Braskem. Comme les autres bioplastiques, le polyéthylène biosourcé est plus cher à produire que le polyéthylène issu de pétrole. Comme son homologue pétrochimique, il n'est pas biodégradable. Avec le développement des gaz de schiste aux États-Unis, l'éthylène peut être produit à partir d'éthane pour un coût largement inférieur à celui du procédé issu de naphtha, une fraction légère du pétrole. De nombreux projets d'éthylène et de polyéthylène voient le jour aux États-Unis. Il est donc attendu un accroissement de la différence de prix entre polyéthylène biosourcé et polyéthylène issu de la pétrochimie. Comme le polyéthylène est largement utilisé dans l'emballage, les autres bioplastiques utilisés pour ces applications, comme le PLA, verront aussi leur différence de prix s'accentuer, malgré les améliorations de procédés.

Autres bioplastiques en développement[modifier | modifier le code]

Le développement de bioplastiques va de pair avec le développement de voies de synthèse de monomères biosourcés. La gazéification de la biomasse permettrait par exemple d'obtenir des composés aromatiques (benzène, paraxylène) à partir de bois, ouvrant à la voie à des polystyrènes ou PET biosourcés. D'autres voies de recherche concernent le développement de butadiène (par fermentation ou à partir d'éthanol), afin de produire des caoutchoucs synthétiques biosourcés (pneumatiques).

Impact environnemental[modifier | modifier le code]

Confection des emballages en PLA
Bouteilles fabriquées en acétate de cellulose, biodégradables
Pailles en PLA
Boîte fabriquée en PLA

La production et l'utilisation des bioplastiques est généralement considérée comme une activité durable en comparaison avec la production de plastique à partir du pétrole (pétroplastiques), car elle repose moins sur des combustibles fossiles comme source de carbone et induit également moins d'effet de serre net lors de la biodégradation. Elles réduisent aussi considérablement la diffusion de déchets dangereux causés par des matières plastiques dérivées du pétrole, qui restent solides pendant des centaines d'années, et ouvrent ainsi une nouvelle ère dans les technologies de l'emballage et l'industrie[2]. Néanmoins l'Anses recommande la prudence quant à l'écotoxicité de ces matériaux en fin de vie.

Cependant, la fabrication de ces matériaux bioplastiques est encore souvent dépendante du pétrole comme source d'énergie et de matériaux et les analyses cycles de vie sont fluctuantes quant au bénéfice environnemental. Il s'agit notamment de l'énergie nécessaire aux machines agricoles ainsi qu'à l'irrigation des cultures, de la production d'engrais et de pesticides, du transport des produits végétaux aux usines de transformation, de la transformation des matières premières, et, finalement, de la production du bioplastique, bien que des énergies renouvelables puissent également être utilisées pour arriver à l'indépendance pétrolière.

Le fabricant italien de bioplastique Novamont[3] indique dans son propre rapport d'audit environnemental[4] que la production d'un kilogramme de son produit à base d'amidon utilise 500 g de pétrole et consomme près de 80 % de l'énergie nécessaire pour produire un polymère de polyéthylène traditionnel. Les données environnementales de NatureWorks[5], le seul fabricant commercial d'APL (acide polylactique), avancent que la fabrication de son matériau plastique offre une économie de combustible fossile d'entre 25 et 68 % par rapport au polyéthylène, en partie grâce à son achat de certificats d'énergie renouvelable pour son usine de fabrication.

Une étude détaillée du processus de fabrication d'un certain nombre d'articles d'emballage communs à plusieurs matières plastiques traditionnelles et acide polylactique réalisée par Franklin Associates et publiée par le Athena Institute montre que certains bioplastiques engendrent moins de dégâts pour l'environnement, mais que les autres en engendrent plus[6]. Cette étude ne considère cependant pas la fin de vie des produits, et ignore donc les émissions de méthane des plastiques biodégradables qui peuvent survenir dans une décharge.

Alors que la production de la plupart des bioplastiques émet moins de dioxyde de carbone que les alternatives traditionnelles, il existe des préoccupations réelles sur le fait que la création d'un réseau mondial de bioéconomie pourrait contribuer à une accélération du taux de déforestation s'il n'est pas géré efficacement[réf. nécessaire]. Il existe également des préoccupations liées à l'impact sur l'approvisionnement en eau et l'érosion des sols. D'autres études ont montré que les bioplastiques conduisent à une réduction de 42 % de l'empreinte carbone[7].

Cependant, le bioplastique peut aussi être issu de sous-produit agricoles[2] ou de bouteilles en plastique et autres récipients usagés à l'aide de micro-organismes[8].

Biodégradation[modifier | modifier le code]

Emballage en coussin d'air fait en PLA

La terminologie utilisée dans le secteur des bioplastiques est parfois trompeuse. La plus grande partie de l'industrie utilise le terme de bioplastique pour désigner un plastique issu d'une source biologique. Un des plus anciens films plastiques de cellulose est fabriqué à partir de cellulose de bois. Tous les plastiques (bioplastiques et pétroplastiques) sont techniquement biodégradables, ce qui signifie qu'ils peuvent être dégradés par les microbes dans des conditions appropriées. Cependant, de nombreux se dégradent à un rythme trop lent pour être considérés comme biodégradables. Certains plastiques d'origine pétrochimique sont considérés comme biodégradables, et peuvent être utilisés comme additifs pour améliorer la performance de nombreux bioplastiques commerciaux[réf. nécessaire]. Les bioplastiques non biodégradables sont appelés durables. Le degré de biodégradation varie avec la température, la stabilité du polymère, et la teneur en oxygène. Par conséquent, la plupart des bioplastiques ne feront que se dégrader dans les conditions strictement contrôlées d'unités de compostage industriel. Dans les tas de compost privé ou tout simplement dans l'eau ou le sol, la plupart des bioplastiques ne se dégradent pas, c'est le cas du PLA par exemple. Les bioplastiques à base d'amidon peuvent, eux, se dégrader dans les conditions naturelles[9] mais sont destinés au compostage industriel. La norme européenne EN 13432[10], définit la vitesse et dans quelle mesure un plastique doit être dégradé dans des conditions de compostage industriel. Elle est définie uniquement pour les conditions agressives d'une unité de compostage commercial. Il n'existe à ce jour aucune norme applicable aux conditions de compostage domestique.

Le terme « plastique oxo biodégradable » est utilisé et décrit dans un document CEN (comité de normalisation européen no 153551). Il décrit le processus qui conduit un produit pétrochimique ou issu de canne a sucre spécialement additivés à la biodégradation après oxydation. Avec l'ajout d'un initiateur de dégradation de la matière plastique, il est possible de réaliser un processus contrôlé de désintégration sous l'effet de la chaleur et UV/oxydation. Ce type de plastique peut être appelé plastique dégradable ou plastique oxo biodégradable ou plastique photodégradable car le processus n'est pas initié par l'action microbienne. Ces matériaux ne répondent pas aux exigences de la norme de compostage industriel EN 13432 mais en revanche se dégradent facilement en cas d'abandon dans l'environnement. L'industrie des bioplastiques issus de ressources renouvelables a largement critiqué les plastiques oxo biodégradables, dont l'association du secteur dit qu'ils ne répondent aux exigences de la norme EN 13432. Ceci n'est pas démenti par les producteurs de plastiques oxo-biodégradables[11] du fait que leur objectif n'est pas le compostage mais l'élimination de la pollution liée au plastique abandonné dans l'environnement de plus le processus d'oxydation nécessaire avant la biodégradation n'est pas référencé dans la norme EN 13432.

Un référentiel de tests AFNOR sur les oxo-biodégradables a été publié en mars 2012 et est disponible sur le site AFNOR sous la référence accord AC 51-808. Ce document clôt une partie des débats sur les oxo-biodégradables en proposant un référentiel technique précis alliant dégradation abiotique et biodégradation[réf. nécessaire][12].

Recyclage[modifier | modifier le code]

Certains craignent également que les bioplastiques mettent en danger les projets de recyclage existants[réf. nécessaire]. Les emballages tels que bouteilles de lait en PEHD et des bouteilles d'eau minérale et de boissons en PET sont facilement identifiables et donc la mise en place d'une infrastructure de recyclage a été un succès dans de nombreux pays, bien que seulement 27 % de tous les plastiques sont réellement recyclés[13], le reste finissant dans les décharges et les océans. Toutefois, les matières plastiques comme le PET ne peuvent pas être mélangées avec le PLA, ce qui rend le PET inutilisable si les consommateurs ne parviennent pas à distinguer les deux lors de leur tri. Le problème pourrait être surmonté en créant des types de bouteilles différenciés ou en investissant dans la technologie de tri appropriée.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Article connexe[modifier | modifier le code]