Des champignons pour recycler le polystyrène ?

Malgré sa présence importante dans notre quotidien à travers les pots de yaourt, les barquettes alimentaires ou l’isolation, le polystyrène n’est pourtant recyclé qu’à 5 % en France. Le reste finit à l’incinération. Pour pallier ce problème, des chercheuses et chercheurs marseillais ont eu l’idée d’utiliser des enzymes présentes dans les champignons pour les dégrader. « Nous nous intéressons depuis plus de 30 ans aux capacités des champignons à détériorer la biomasse végétale comme le bois et à comprendre leur biologie pour s’en inspirer pour les biotechnologies. Les applications ont pendant longtemps été la conversion de la biomasse végétale en glucose pour faire de la fermentation, du bioéthanol ou des molécules biosourcées. Aujourd’hui nous voulons exploiter le potentiel des champignons qui dégradent naturellement des polymères récalcitrants tels que la lignocellulose pour détériorer des polymères dits synthétiques, tels que les plastiques », explique Bastien Bissaro, chercheur au laboratoire Biodiversité et biotechnologie fongiques (INRAE / Aix Marseille Université).

Émulsionner le polystyrène

Les champignons fonctionnent comme des estomacs inversés : ils sécrètent une grande quantité d’enzymes vers l’extérieur pour détériorer des substrats volumineux et complexes, avant d’internaliser le produit de la dégradation. Le laboratoire marseillais a développé une forte expertise sur ces enzymes, les oxydases. « L’une de ces oxydases, les laccases, a la fonction d’oxyder la lignine, c’est-à-dire les fibres du bois. Elles ont donc une chimie oxydative très puissante capable d’attaquer des molécules complexes », ajoute le chercheur. Afin de parvenir à dégrader le polystyrène, le laboratoire marseillais s’est allié avec des chercheurs (Prof. Daniel Taton et Dr. Manon Pujol) du laboratoire de chimie des polymères organiques (LCPO ; CNRS/Bordeaux INP/Université de Bordeaux), les deux laboratoires appartenant au réseau des instituts Carnot. L’objectif ? Trouver une solution pour amener le polystyrène à la croisée de la biologie des champignons et de la chimie des polymères.

Au début, les équipes ont essayé de dégrader le polystyrène directement avec les laccases, mais cela n’a pas fonctionné. Par la suite, ils testent la dégradation en ajoutant un médiateur avec un potentiel redox important pour oxyder le PS, mais cela ne suffit pas. « Nous avons formulé le PS pour le rendre plus dégradable ab initio. C’est-à-dire que nous avons formulé le PS en nanoparticules, pour en faire une émulsion et ainsi augmenter la surface d’échange entre le PS et l’enzyme. Et cette méthode fonctionne très bien, nous avons 99 % de dépolymérisation, une première mondiale ! », se félicite Bastien Bissaro. Cette émulsion n’est pas la façon la plus commune de produire du PS. C’est pourquoi les chercheurs et chercheuses ont par la suite travaillé avec du PS plus couramment utilisé, qu’ils ont émulsionné a posteriori. « Dans ce cas de figure, la dégradation est moins bonne. Nous avons plusieurs hypothèses : nous pensions que lorsque nous réalisons l’émulsion, nous ne contrôlons pas aussi bien les paramètres que lors de la synthèse ab initio. Le résultat est plus hétérogène et les propriétés ne sont pas totalement maîtrisées », ajoute Bastien Bissaro.

Décycler plutôt que recycler

Malgré un procédé prometteur, les chercheurs et chercheuses ne parviennent pas encore à revenir au monomère initial, le styrène. La synthèse permet d’obtenir des oligomères, dont l’usage n’est pas déterminé. « Le problème des polyoléfines comme le polystyrène, le polyéthylène, le polypropylène ou le PVC, c’est que ce sont des molécules saturées. Lors d’une oxydation vont être insérés des atomes d’oxygène au moment de la coupure. Ils vont empêcher un retour au monomère. Nous arrivons ainsi à produire du benzaldéhyde qui a une haute valeur ajoutée, mais cela ne compte plus comme du recyclage, mais du décyclage », précise Bastien Bissaro. Comparé à des procédés chimiques ou photocatalytiques, le décyclage enzymatique proposé ici se fait en condition aqueuse et à faible température, entre 30°C et 40°C, de quoi réduire l’usage de composés polluants (métaux, solvants organiques) et les émissions de gaz à effet de serre. « Le décyclage peut cependant être critiqué parce qu’il ne contribue pas à diminuer la surproduction mondiale de plastique. S’il faut bien sûr diminuer l’utilisation du plastique quand c’est possible, cela n’est pas toujours faisable. Il faut le remplacer quand on le peut, mais aussi le recycler ou le décycler lorsqu’il ne reste que cette solution », conclut le chercheur.