Le plastique parfait ?
À base de plantes, entièrement dégradable en eau salée, zéro microplastique
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Des chercheurs dirigés par Takuzo Aida au RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) au Japon se sont surpassés dans leur quête pour résoudre le problème des microplastiques. Dans une étude récente publiée dans le Journal of the American Chemical Society, ils font état d'un nouveau type de plastique fabriqué à partir de cellulose végétale, le composé organique le plus abondant au monde. Ce nouveau plastique est solide, flexible et capable de se décomposer rapidement dans les environnements naturels, ce qui le distingue des autres plastiques commercialisés comme biodégradables.
Schéma montrant comment la cellulose et le polyéthylène-imine guanidinium se combinent dans l'eau pour former le premier film plastique vitreux et transparent à base de cellulose. Par la suite, les chercheurs ont découvert comment ajuster ses propriétés mécaniques à l'aide d'un sel organique, le chlorure de choline.
RIKEN
Les microplastiques sont un contaminant mondial que l'on retrouve dans presque tous les écosystèmes, du sol à l'océan en passant par les animaux et les plantes qui y vivent. Ils ont même été retrouvés dans les tissus humains et dans la circulation sanguine, où ils ont probablement des effets néfastes. Si les plastiques biodégradables et même certains plastiques dérivés de la cellulose (nitrate de cellulose ou acétate de cellulose) ne sont pas nouveaux, la plupart des plastiques étiquetés "biodégradables" ne se dégradent pas dans les milieux marins ou mettent très longtemps à se dégrader, laissant entre-temps des microplastiques derrière eux.
L'année dernière, Aida et son équipe ont mis au point un plastique capable de se dégrader rapidement dans l'eau salée, en l'espace de quelques heures, sans laisser de microplastiques derrière lui. Ce plastique est un plastique supramoléculaire composé de deux polymères maintenus ensemble par des interactions réversibles appelées "ponts salins". En présence d'eau salée, les liens qui unissent les deux polymères se défont et le plastique se décompose. Mais ce plastique n'était pas aussi pratique qu'il pourrait l'être pour la fabrication dans le monde réel.
Le nouveau plastique d'origine végétale est similaire, sauf que l'un des deux polymères est un dérivé de la pulpe de bois biodégradable, disponible dans le commerce et approuvé par la FDA, appelé carboxyméthylcellulose. La recherche d'un second polymère compatible a nécessité quelques essais et erreurs, mais l'équipe a fini par trouver un agent de réticulation sûr, composé d'ions polyéthylène-imine-guanidinium chargés positivement. Lorsque la cellulose et les ions guanidinium ont été mélangés dans de l'eau à température ambiante, les molécules chargées négativement et positivement se sont attirées les unes les autres comme des aimants et ont formé le réseau réticulé critique qui rend ce type de plastique résistant. Dans le même temps, les ponts salins qui maintiennent le réseau ensemble se sont rompus comme prévu en présence d'eau salée. Pour éviter une décomposition involontaire, le plastique peut être protégé par une fine couche à la surface.
Jusqu'à présent, tout va bien. Mais même si le nouveau plastique se décompose rapidement, il a d'abord souffert d'une trop grande fragilité due à la cellulose. Le plastique obtenu était incolore, transparent et extrêmement dur, mais il ressemblait à du verre fragile. L'équipe avait besoin d'un bon plastifiant, d'une petite molécule qu'elle pourrait ajouter au mélange pour rendre le plastique plus souple, tout en restant dur. Après de nombreuses expériences, ils ont découvert que le chlorure de choline, un sel organique, faisait des merveilles. En ajoutant au plastique des quantités variables de cet additif alimentaire approuvé par la FDA, les chercheurs ont pu ajuster exactement le degré de flexibilité qu'ils souhaitaient pour le plastique. Selon la quantité de chlorure de choline, le plastique peut être dur et ressembler à du verre ou être si élastique qu'il peut être étiré jusqu'à 130 % de sa longueur d'origine. Il peut même être transformé en un film solide mais fin, d'une épaisseur de seulement 0,07 mm. Une vidéo d'un sac fabriqué à partir du nouveau plastique biodégradable à base de plantes peut être vue en train de se décomposer à l'adresse suivante : https://youtu.be/glBYYhk1STQ .
Les améliorations apportées à la conception originale ne sont pas négligeables. "Alors que notre étude initiale se concentrait principalement sur le concept, explique Aida, cette étude montre que notre travail en est maintenant à un stade plus pratique. Le nouveau plastique supramoléculaire de carboxyméthylcellulose, appelé CMCSP, est aussi résistant que les plastiques conventionnels à base de pétrole et ses propriétés mécaniques peuvent être ajustées en fonction des besoins, sans altérer sa transparence intrinsèque, sa capacité de traitement, sa dissociabilité dans l'eau de mer ou sa recyclabilité en boucle. En utilisant des ingrédients biodégradables courants et peu coûteux approuvés par la FDA, M. Aida et son équipe ont fait en sorte que leur plastique puisse passer rapidement à des applications pratiques dans le monde réel.
"La nature produit environ mille milliards de tonnes de cellulose chaque année", explique M. Aida. "À partir de cette substance naturelle abondante, nous avons créé un matériau plastique à la fois souple et résistant qui se décompose en toute sécurité dans l'océan. Cette technologie contribuera à protéger la Terre de la pollution plastique."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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