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Article

1 - CONTEXTE HISTORIQUE

2 - QUELS SONT LES POLYESTERS BIOSOURCÉS ET/OU BIODÉGRADABLES ?

3 - POLYESTERS BIOSOURCÉS ET NON BIODÉGRADABLES

4 - POLYESTERS BIODÉGRADABLES D’ORIGINE PÉTROCHIMIQUE

5 - POLYESTERS BIOSOURCÉS ET BIODÉGRADABLES

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SYMBOLES

Article de référence | Réf : CHV4039 v1

Polyesters biosourcés et biodégradables
Polyesters biosourcés et/ou biodégradables - De l’élaboration à la fin de vie

Auteur(s) : Stéphane BRUZAUD

Date de publication : 10 août 2021

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RÉSUMÉ

L’article présente les différentes étapes clés du cycle de vie des polyesters biosourcés et/ou biodégradables. Il décrit les modes d’élaboration de chacun de ces polyesters en remontant jusqu’aux matières premières utilisées, en particulier lorsque celles-ci sont végétales. Les principales propriétés fonctionnelles et les applications sont détaillées et critiquées au regard des problématiques d’aujourd’hui. Leurs atouts, mais également les freins limitant leur développement, sont explicités. La fin de vie de ces polyesters est examinée en focalisant le scénario de fin de vie vers le recyclage pour les polyesters non biodégradables et vers la (bio)dégradation pour les polyesters biodégradables.

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ABSTRACT

Biobased and/or biodegradable polyesters From the elaboration to the end-of-life

The article presents the different key-steps in the life cycle of biobased and/or biodegradable polyesters. It describes the preparation methods of each of these polyesters, going back to the raw materials used, especially when these are of plant origin. The main functional properties and current or future applications are detailed and criticized with regard to the issues of today. Their strengths but also the obstacles limiting their development are explained. The end of life of these polyesters is examined by focusing the end of life scenario towards recycling for non-biodegradable polyesters and towards (bio)degradation for biodegradable polyesters.

Auteur(s)

  • Stéphane BRUZAUD : Professeur des Universités - Université Bretagne Sud, Institut de Recherche Dupuy de Lôme, - UMR CNRS 6027, Lorient, France

INTRODUCTION

Depuis le début du XXIe siècle, les polyesters suscitent un intérêt marqué en raison des préoccupations environnementales actuelles. En effet, certains d’entre eux peuvent être biosourcés (totalement ou en partie), c’est-à-dire synthétisés à partir de ressources renouvelables issues de la biomasse, et également biodégradables. Le polymère est considéré comme biodégradable s’il est capable de conduire in fine, par des processus chimiques et biologiques combinés, à un mélange d’eau et de dioxyde de carbone en milieu aérobie (ou de méthane en milieu anaérobie). À l’heure actuelle, malgré une croissance exceptionnelle des plastiques biosourcés de l’ordre de 20 % par an, la dépendance de l’industrie des plastiques aux ressources fossiles reste très largement prépondérante puisqu’environ 99 % des plastiques sont d’origine pétrochimique. La dépendance à cette seule ressource peut entraîner à terme des conséquences économiques, écologiques et politiques. Même si les avis divergent encore sur la cinétique d’épuisement des ressources fossiles, nul doute que celles-ci se raréfient progressivement et naît donc le besoin de trouver des alternatives par le biais de l’utilisation de ressources renouvelables. En parallèle, il apparaît indispensable de développer des technologies de production comme les bioraffineries végétales, moins impactantes sur un plan environnemental que les procédés de la pétrochimie responsables d’émissions importantes de gaz à effet de serre. Quant à la fin de vie de ces plastiques qui font l’objet d’attaques innombrables en raison de la mauvaise gestion des déchets, et de leur impact négatif sur les environnements terrestre et marin et sur les écosystèmes, il convient de s’interroger sur les voies de re-valorisation des polyesters qui pourront être mises en œuvre à travers différentes stratégies telles que le compostage ou le recyclage. Les différents mécanismes de recyclage concernent notamment le recyclage mécanique classiquement utilisé pour le poly(téréphtalate d’éthylène) (PET), mais aussi les voies de recyclage émergentes pour le PET ou le polylactide (PLA) telles que la voie chimique ou enzymatique. Pour ce qui est de la (bio)dégradation des polyesters, en particulier dans les différents environnements (eau douce, eau de mer, compost domestique ou industriel, sol, etc.), celle-ci est désormais bien documentée dans la littérature qui montre que les comportements en biodégradation des polyesters sont drastiquement modifiés en fonction de leurs propres caractéristiques physico-chimiques (facteurs intrinsèques), ainsi que selon les milieux étudiés (facteurs extrinsèques).

L’étude et le développement de nouveaux matériaux polymères d’origine renouvelable et/ou biodégradables tels que les polyesters constituent donc un enjeu scientifique et environnemental majeur pour la recherche académique, ainsi que pour l’industrie chimique et la plasturgie. Ils constituent une famille de polymères fascinante dans la mesure où leurs scénarios de fin de vie sont très avantageux, puisqu’ils peuvent être traités par recyclage (mécanique, chimique et même enzymatique) ou bien biodégradés (en compostage industriel ou domestique, voire en milieu naturel si nécessaire), contrairement à la plupart des autres polymères ou plastiques pour lesquels les scénarios de fin de vie sont beaucoup plus difficiles à appréhender.

Cet article fait un point exhaustif et critique sur tous les polyesters biosourcés et/ou biodégradables potentiellement disponibles, de leur production (aussi bien par des approches de biotechnologie que par des méthodologies de chimie assez classiques) jusqu’à leur fin de vie, il met en exergue leurs propriétés d’intérêt et recense un certain nombre d’applications actuelles ou futures.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.

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KEYWORDS

recycling   |   biodegradation   |   polyesters   |   elaboration   |   properties

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-chv4039


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5. Polyesters biosourcés et biodégradables

5.1 Poly(acide lactique) ou polylactide (PLA)

Le PLA occupe l’une des places les plus importantes sur le marché des polyesters, étant très facilement disponible commercialement, parce qu’il est couramment produit à partir de ressources renouvelables comme la betterave à sucre ou le maïs . Le PLA est ainsi biosourcé et potentiellement biodégradable, car il est assimilable par les micro-organismes sous certaines conditions. C’est un polymère thermoplastique, qui peut être amorphe ou semi-cristallin, utilisé dans de nombreux domaines d’application. Le PLA est utilisé dans le domaine de l’emballage alimentaire (films, flacons ou récipients thermoformés), car il est résistant aux graisses et possède des propriétés barrières aux odeurs et aux arômes. Il est également employé sous forme de fibres (pour des applications dans le textile ou dans le secteur biomédical), qui ne retiennent pas les odeurs et ont des propriétés d’évacuation de l’humidité. Comme la PCL, le PLA est également biocompatible faisant de lui un matériau de référence dans le secteur biomédical. Il y est très répandu depuis de nombreuses années, notamment sous la forme de fils de suture, d’implants ou d’ingénierie tissulaire .

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5.1.1 Synthèse

Le PLA fait partie de la famille des polyesters aliphatiques synthétisés à partir de sucres résultant de l’hydrolyse enzymatique d’amidon extrait de la betterave ou du maïs (figure ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MULHAUPT (M.R.) -   Green polymer chemistry and bio-based plastics: Dreams and reality,  -  Macromolecular Chemistry and Physics, 214, 159-174 (2013).

  • (2) - GANDINI (A.) et al -   From monomers to polymers from renewable resources: Recent advances,  -  Progress in Polymer Science, 48, 1-39 (2015).

  • (3) - BADIA (J.) et al -   Long-term properties and end-of-life of polymers from renewable resources,  -  Polymer Degradation and Stability, 137, 35-57 (2017).

  • (4) - LAYCOCK (B.) et al -   Lifetime prediction of biodegradable polymers,  -  Progress in Polymer Science, 71, 144-189 (2017).

  • (5) - WELLE (F.) -   Twenty years of PET bottle to bottle recycling – An overview,  -  Resources, Conservation and Recycling, 55, 865-875 (2011).

  • (6) - NAIT-ALI (L.K.) et al -   Kinetic...

1 Sites internet

Page web personnelle de l’auteur : projets de recherche, articles presse, conférences en ligne, interviews, etc.

https://www.irdl.fr/annuaire/stephane-bruzaud

EUROPEAN BIOPLASTICS : données sur les plastiques biosourcés et/ou biodégradables

https://www.european-bioplastics.org

PLASTICSEUROPE : données sur les plastiques

https://www.plasticseurope.org/fr

CLUB BIOPLASTIQUES : association représentant l’ensemble de la filière française des bioplastiques

http://www.bioplastiques.org

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2 Annuaire

L’association PolyBioAid propose à ses membres une bibliothèque sur les polymères biosourcés et/ou biodégradables en ligne riche de quelques 3 100 publications diverses, comportant au total 184 000 pages pour un poids de 70 Go. Messagerie : [email protected]

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3 Normes

NF EN ISO 17033 (01-2018), Plastiques-Films de paillage biodégradables thermoplastiques pour utilisation en agriculture et horticulture – Exigences...

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