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1 - BIODÉGRADATION. BIODÉGRADABILITÉ

2 - POLYMÈRES FACILEMENT BIODÉGRADABLES

3 - APPLICATIONS DES POLYMÈRES BIODÉGRADABLES

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BIO4150 v2

Polymères rapidement biodégradables

Auteur(s) : Guy CÉSAR, Emmanuelle GASTALDI

Relu et validé le 01 oct. 2020

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RÉSUMÉ

Certains matériaux ont la possibilité de subir une décomposition naturelle rapide en étant «consommés» par des bactéries, des champignons, des algues, des insectes, etc. C'est donc une alternative au mode de valorisation par recyclage (et donc de récupération d'énergie). Cet article se propose tout d’abord d’expliciter les étapes de la biodégradation en détaillant les principales réactions, les facteurs impliqués ainsi que les méthodes de mesure utilisées sont ensuite présentés les différents matériaux biodégradables issus de polymères naturels ou artificiels, et les principales applications industrielles des polymères biodégradables.

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ABSTRACT

Fast-Biodegrading polymers

Some materials can undergo fast natural decomposition by being consumed by bacteria, fungi or algae. This end of life can thus be considered as an alternative to recycling or incineration. This article starts with a description of the biodegradation process, focusing on the different steps, reactions and factors involved together with the main measuring methods. Different biodegradable materials derived from natural or artificial polymers are then presented together with their industrial applications.

Auteur(s)

  • Guy CÉSAR : Président du SERPBIO - Labo IRDL – UBS Lorient, France

  • Emmanuelle GASTALDI : Maître de Conférences - UMR Agro-polymers Enginering and Emerging Technologies – IATE Montpellier, France - Cet article est la réédition actualisée de l’article [BIO 4 150] intitulé « Polymères biodégradables », paru en 2010 et rédigé par Guy CASTELAN.

INTRODUCTION

Le succès des matières plastiques dans des secteurs aussi diversifiés que l'emballage, la construction, l'automobile, l'électronique, le médical, les énergies nouvelles s'explique par leur capacité à offrir une palette considérable de propriétés, ajustables en variant notamment la chimie et l'organisation moléculaire des polymères. Leur optimisation technico-économique pour chaque application impose de satisfaire les exigences associées à toutes les étapes de leur fabrication : mise en forme, distribution, usage et fin de vie. La résistance dans le temps et l'inertie par rapport à l'environnement sont parmi les qualités les plus souvent requises.

La propriété de biodégradabilité est une fonctionnalité qui concerne l'étape de fin de vie des produits. Sensu stricto, il n’existe pas de polymère qui ne soit pas biodégradable… tout dépend de l’échelle de temps considérée. Toutes les matières organiques (basées sur la chimie du carbone organique (liaisons – C-C- et -C-H)) sont susceptibles d’être progressivement dégradées par des voies diverses (physiques, chimiques, biologiques) pour conduire in fine à des molécules aussi simples que l’eau, le dioxyde de carbone, le méthane, et des minéraux divers (azote, phosphore, soufre etc.) constituants initiaux des matières organiques comme l’illustre le Cycle du Carbone.

Un polyéthylène par exemple, considéré par tous comme non biodégradable, l’est en fait parfaitement bien à la condition que l’on attende au moins 600 ans ! Les durées d’utilisation de ce polymère étant très largement inférieures aux temps nécessaires à sa biodégradation, on assiste aujourd’hui à des phénomènes d’accumulation qui conduisent inévitablement à des pollutions visuelles et physico-(bio) chimiques susceptibles d’être à l’origine d’écotoxicités diverses. Nombre de polymères disposent d’une longue durée de résistance à la biodégradation (sac de caisse en polyéthylène par exemple) alors que leur temps d’utilisation est extrêmement court (de l’ordre de 20 minutes dans le cas du sac en PE).

Devant l’ampleur des phénomènes cumulatifs engendrés, les chercheurs travaillent inlassablement à la mise au point de nouveaux polymères dont le temps de résistance à la biodégradation serait équivalent au temps d’utilisation. En effet, pour certaines applications spécifiques, cette alternative au mode de valorisation par recyclage ou par incinération et récupération d'énergie, peut se révéler avantageuse. C'est le cas notamment lorsqu'une filière de valorisation par compostage peut être organisée autour des sacs à déchets verts, ou lorsqu’il est préférable d'un point de vue technique, économique et environnemental de laisser le matériau se dégrader dans le sol comme dans le cas des films de paillage agricole par exemple. La cinétique de biodégradation doit alors être optimisée/ajustée de façon à être en adéquation à la fois avec les exigences fonctionnelles et les conditions de fin de vie attendues pour le matériau.

L'utilisation des matières plastiques est aujourd'hui très répandue, principalement dans le secteur de l’emballage. Ces matières étant utilisées sur une période de temps très limitée, voire extrêmement courte à l’échelle du cycle de vie du matériau, il est donc nécessaire d'améliorer la biodégradabilité de ces polymères et d'anticiper le mieux possible leur fin de vie. Pour cela, on s’appuie sur le fait que certains matériaux ont la possibilité de subir une décomposition naturelle rapide en étant « consommés » par des bactéries, des champignons, des algues, des insectes, etc. Il s’agit donc ici d’une alternative aux modes de valorisation par recyclage et par récupération d'énergie qui peut se révéler très pertinente dans le cas de certaines applications. Cet article présente à la fois les différents matériaux biodégradables (polymères naturels ou artificiels), les méthodes de mesure de la biodégradabilité et également les applications industrielles de ces matériaux biodégradables.

Quelle que soit leur vitesse de biodégradation, les polymères peuvent être issus de ressources fossiles (utilisation de carbone à cycle très long  106 ans) ou de ressources biomassiques (utilisation de carbone à cycle court à moyen, la plupart du temps  5 ans).

Cet article ne traite que des polymères (très) rapidement biodégradables, indépendamment de leur origine.

Un glossaire en fin d'article regroupe les définitions importantes et celles nécessaires à la compréhension de l'article.

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KEYWORDS

bio-based   |   biopolymer   |   biodegradation

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-bio4150


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LONG (Y.) -   Biodegradable Polymer Blends and Composites from Renewable Resources.  -  Wiley (2009).

  • (2) - HANS (J.), ENDRES, ANDREA (S.-R) -   Engineering Biopolymers – Markets, manufacturing, properties and applications – Siebert-Raths.  -  Hanser Publications (2011).

  • (3) - STEVENS (E.S.) -   Green Plastics – An introduction to the new science of biodegradable plastics.  -  Princeton University press (2002).

  • (4) - BASTIOLI (C.) -   Handbook of Biodegradable Polymers – Catia Bastioli.  -  Rapra Technology (2005).

  • (5) - DETERRE (R.), FELLER (J.F.), HAMAIDE (T.) -   Impact environnemental des matières plastiques – Solutions et perspectives.  -  Lavoisier (2014).

  • (6) - DUVAL (C.) -   Matières plastiques et environnement –...

1 Sites Internet

http://www.european-bioplastics.org

http://www.bioplasticsmagazine.com

http://www.plasticseurope.fr

http://averousl.free.fr

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

Associations

PolyBioAid : l’association propose à ses membres une bibliothèque en ligne riche de quelques 2 300 publications diverses, comportant au total 140 000 pages pour un poids de 44 Go. Messagerie

[email protected]

Club Bioplastiques

http://www.bioplastiques.org

HAUT DE PAGE

3 Normes et standards

ASTM D 5511-94 - 1994 - Standard test method for determining anaerobic biodegradation of plastic material under high-solids anaerobic-digestion conditions.

ASTM D 6400-12 - 2012 - Standard Specification for Labelling of Plastics Designed to be Aerobically Composted in Municipal or Industrial Facilities. Norme américaine très proche de la NF EN-13432 ne différant de cette dernière que par quelques spécifications mineures.

ISO 14853 - 2004...

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