Solide et biodégradable

Comment concevoir les plastiques de manière à ce qu'ils conservent leurs propriétés souhaitables tout en pouvant être recyclés plus efficacement ? Cette question et d'autres concernant le caractère écologique des plastiques sont au centre des préoccupations du chimiste Stefan Mecking et de son groupe de recherche à l'université de Constance. Dans leur dernier article paru dans l'édition internationale d'Angewandte Chemie, l'équipe présente un nouveau polyester qui présente des propriétés intéressantes pour l'industrie tout en étant respectueux de l'environnement.

Normalement peu compatible

Les plastiques sont constitués de longues chaînes d'un ou plusieurs modules chimiques de base, appelés monomères. Les plastiques qui se distinguent par une cristallinité et une hydrophobie élevées, et qui sont donc mécaniquement très résistants et stables, sont largement utilisés. Un exemple bien connu est le polyéthylène haute densité (PEHD), dont les modules de base sont constitués de molécules d'hydrocarbures non polaires. Ce qui, d'un côté, peut être des propriétés avantageuses pour les applications peut aussi avoir des effets négatifs : Il est très énergivore et inefficace de recycler ces plastiques et de récupérer les modules de base. En outre, si ces plastiques se répandent dans l'environnement, le processus de dégradation est extrêmement long.

Pour surmonter cette incompatibilité supposée entre la stabilité et la biodégradabilité des plastiques, M. Mecking et son équipe insèrent des "points de rupture" chimiques dans leurs matériaux. Ils ont déjà montré que cela améliore considérablement la recyclabilité des plastiques de type polyéthylène. Toutefois, une bonne biodégradabilité n'est pas automatiquement garantie. "Les plastiques sont souvent très résistants parce qu'ils sont ordonnés en structures cristallines denses", explique M. Mecking : "La cristallinité combinée à l'hydrophobie ralentit généralement fortement le processus de biodégradation, car elle empêche les micro-organismes d'accéder aux points de rupture." Toutefois, cela ne s'applique pas au nouveau plastique des chercheurs.

Cristallin et pourtant compostable

Le nouveau plastique, le polyester-2,18, se compose de deux modules de base : une courte unité diol à deux atomes de carbone et un acide dicarboxylique à 18 atomes de carbone. Ces deux modules peuvent être facilement obtenus à partir de sources durables. Par exemple, la matière première de l'acide dicarboxylique, qui est le principal composant du plastique, provient d'une source renouvelable. Les propriétés du polyester ressemblent à celles du PEHD : grâce à sa structure cristalline, par exemple, il présente à la fois une stabilité mécanique et une résistance à la température. Dans le même temps, les premières expériences de recyclabilité ont montré que, dans des conditions relativement douces, les modules de base de ce matériau peuvent être récupérés.

Le nouveau plastique possède également une autre propriété tout à fait inattendue : malgré sa haute cristallinité, il est biodégradable, comme l'ont montré des expériences en laboratoire avec des enzymes naturelles et des tests dans une usine de compostage industrielle. Dans une expérience en laboratoire, le polyester a été dégradé par des enzymes en quelques jours. Les micro-organismes de l'usine de compostage ont eu besoin d'environ deux mois, de sorte que ce plastique répond même aux normes ISO en matière de compostage. "Nous avons nous aussi été étonnés par cette dégradation rapide", déclare M. Mecking, qui ajoute : "Bien sûr, nous ne pouvons pas transposer les résultats de l'usine de compostage à l'identique dans toutes les conditions environnementales imaginables. Mais ils confirment que ce matériau est effectivement biodégradable et indiquent qu'il est beaucoup moins persistant que des plastiques comme le PEHD, s'il devait être libéré involontairement dans l'environnement."

La recyclabilité de ce polyester et sa biodégradabilité dans des conditions environnementales variables doivent maintenant être étudiées plus avant. M. Mecking voit des applications possibles pour ce nouveau matériau, par exemple dans l'impression 3D ou dans la production de feuilles d'emballage. En outre, il existe d'autres domaines d'intérêt, dans lesquels il est souhaitable de combiner la cristallinité avec la recyclabilité et la dégradation des particules abrasées ou une perte de matière similaire.