Bioplastiques et biopolymères
Les Canadiens utilisent quotidiennement de nombreux produits en matière plastique. Les stylos, les ordinateurs, les automobiles, les emballages alimentaires et les vêtements contiennent tous du plastique. Il s'agit d'un matériau constitué de un polymère ou plus. Les produits chimiques entrant dans la fabrication des plastiques proviennent principalement des combustibles fossiles. Ces plastiques dits pétrochimiques sont très durables, mais leur biodégradation est très lente après leur mise au rebut. Les préoccupations croissantes concernant le coût des combustibles fossiles et leurs répercussions sur l'environnement ont favorisé la recherche de solutions de remplacement des plastiques pétrochimiques, à savoir les biopolymères et les bioplastiques.
Que sont les biopolymères et les bioplastiques?
Les biopolymères et les bioplastiques sont connus sous des noms bien différents. On les appelle souvent plastiques et polymères biologiques, ou bien plastiques ou polymères biodégradables. Voici leur définition.
Les biopolymères sont des polymères présents dans des organismes vivants ou synthétisés par ceux-ci. Ils comprennent notamment les polymères provenant de ressources renouvelables qu'on peut polymériser pour fabriquer des bioplastiques.
Les bioplastiques sont des plastiques fabriqués au moyen de biopolymères; ils sont biodégradables.
Les biopolymères et les bioplastiques ne sont pas des produits récents. En effet, au milieu des années 1900, Henry Ford a inventé une méthode de fabrication de pièces d'automobile en plastique à partir de soja. Toutefois, la Seconde Guerre mondiale mit un frein à la production de voitures à base de bioplastiques. De nos jours, ils redeviennent populaires et on les fabrique grâce à de nouvelles méthodes issues de la biotechnologie.
Il existe deux types de biopolymères : ceux qui proviennent d'organismes vivants et ceux qui dérivent de ressources renouvelables mais qui doivent être polymérisés. On se sert des deux types pour produire les bioplastiques.
Biopolymères provenant d'organismes vivants
Ces biopolymères sont présents dans des organismes vivants ou sont produits par eux. Ils comprennent notamment des glucides et des protéines. On peut s'en servir pour produire des matières plastiques destinées à un usage commercial. Le tableau ci-dessous en présente des exemples.
Molécules polymérisables
Ces molécules, qui proviennent de ressources naturelles renouvelables, peuvent être polymérisées pour servir à la fabrication de plastiques biodégradables.
Deux méthodes sont étudiées et utilisées pour la production de plastiques à partir de plantes. La première est basée sur la fermentation, tandis que la deuxième repose sur l'utilisation de la plante comme moyen de fabrication du plastique. Ces deux méthodes sont décrites sommairement ci-dessous.
Production de matières plastiques par fermentation
La fermentation, que les hommes utilisent depuis des centaines d'années, devient encore plus évoluée lorsqu'elle est jumelée aux nouvelles techniques biotechnologiques. Ce procédé consiste à faire appel à des micro-organismes pour transformer des substances organiques en l'absence d'oxygène. De nos jours, il est possible de la réaliser avec des micro-organismes génétiquement modifiés, spécialement conçus pour survivre dans les conditions caractérisant ce procédé et pour être adaptés à la substance transformée par le micro-organisme. Deux types de fermentation sont utilisés dans la fabrication de biopolymères et de bioplastiques.
Fermentation productrice de polyesters bactériens – Les bactéries sont l'un des types de micro-organisme susceptibles d'être utilisés pour la fermentation. En réalité, la fermentation est le procédé permettant d'obtenir des polyesters à partir de bactéries. Pour ce faire, on se sert de la bactérie Ralstonia eutropha. Ce micro-organisme utilise le sucre des plantes récoltées, tel le maïs, comme combustible pour réaliser ses processus cellulaires. Le sous-produit qui en découle est le polymère. On sépare ensuite les polymères des cellules bactériennes.
Fermentation productrice d'acide lactique – L'acide lactique est obtenu par la fermentation du sucre, un procédé qui ressemble grandement à celui permettant d'obtenir directement des polymères à partir de bactéries. Toutefois, le produit final de la fermentation est l'acide lactique plutôt qu'un polymère. On transforme ensuite l'acide lactique obtenu en acide polylactique par des méthodes de polymérisation classiques.
Fabrication de matières plastiques dans des plantes
Des chercheurs se servent de plantes comme support de fabrication de matières plastiques. Ils ont créé, par génie génétique, une nouvelle variété de Arabidopsis thaliana qui renferme l'enzyme utilisée par les bactéries pour produire des matières plastiques. Les bactéries produisent les matières plastiques en transformant la lumière solaire en énergie. Les chercheurs ont inséré dans la plante le gène qui code pour cette enzyme, ce qui lui permet de produire le plastique par l'entremise de ses mécanismes cellulaires. On récolte la plante et on en extrait le plastique au moyen d'un solvant. La distillation du liquide obtenu permet ensuite de séparer le solvant du plastique.
La biotechnologie favorise la production de nouveaux plastiques. La fermentation, ainsi que le génie génétique, sont des techniques biotechnologiques servant à la production de bioplastiques. On recourt, par exemple, à la fermentation pour extraire la cellulose des plantes afin de l'utiliser pour fabriquer des matières plastiques. On peut aussi faire appel au génie génétique pour créer des plantes, comme du soya, destinées spécifiquement à servir de matériau brut pour la fabrication de bioplastiques.
Biopolymères et bioplastiques - Champs de recherche actuels
Accroître le rendement est le principal défi dans le domaine de la production de plastiques et de bioplastiques. À l'heure actuelle, on utilise encore des combustibles fossiles comme source d'énergie au cours de ce processus, ce qui a soulevé des questions sur les économies réelles réalisées avec cette source d'énergie lorsqu'on opte pour la fabrication de bioplastiques. Seules quelques méthodes utilisant vraiment moins d'énergie dans le processus de production ont vu le jour. Les chercheurs s'efforcent donc de raffiner les procédés actuels pour produire des bioplastiques qui soient des solutions de remplacement viables des plastiques pétrochimiques.
L'utilisation des sources d'énergie n'est pas le seul sujet de préoccupation à l'égard des biopolymères et des bioplastiques. On s'inquiète aussi de l'équilibre à atteindre entre la nécessité de cultiver des plantes à des fins alimentaires et celle de les cultiver pour leur utilisation comme sources de matière brute. Les terres servant à l'agriculture doivent être partagées. Des chercheurs tentent de concevoir une plante qui peut servir de source alimentaire, mais également de matière première pour la production de plastiques. Un groupe essaie de modifier génétiquement du maïs pour y insérer l'enzyme bactérienne responsable de la production de plastique. Il espère produire, tôt ou tard, une plante qui synthétiserait la matière plastique seulement dans sa tige ou ses feuilles, de sorte que la partie comestible en serait dépourvue. Celle-ci servirait à la production de nourriture, tant humaine qu'animale, et on retirerait le plastique de la partie restante du plant de maïs.
Développement durable et biopolymères et bioplastiques
Les biopolymères et les bioplastiques sont les produits essentiels d'une industrie durable des matières plastiques. Ils diminuent la dépendance à l'égard des combustibles fossiles, des sources d'énergie non renouvelables, et sont facilement biodégradables. Ce double avantage permet de limiter grandement les répercussions environnementales liées à la fabrication et à l'utilisation des plastiques. En outre, des caractéristiques comme la biodégradabilité rendent plus acceptable l'usage prolongé de ces produits par la société. À long terme, le recours aux biopolymères et aux bioplastiques signifiera probablement que les plastiques demeurent abordables même à mesure que les réserves de combustibles fossiles diminuent.
(En anglais seulement)
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