Un reçu papier à base de bois moins nocif pour la santé

Chaque jour, des millions de personnes utilisent du papier thermique sans même s’en rendre compte. Les reçus, les étiquettes d’expédition, les billets d’avion et les dossiers médicaux présentent tous un revêtement thermosensible pour faire apparaître le texte. Plus précisément, la chaleur déclenche une réaction entre un colorant incolore et un «révélateur», produisant un texte sombre là où le papier est chauffé.

Bien que discret par sa taille, le papier thermique a une empreinte environnementale importante. Il est fabriqué à l’échelle industrielle, manipulé quotidiennement et souvent recyclé, ce qui permet aux produits chimiques qu’il renferme de se répandre dans l’eau et le sol. Depuis des décennies, les révélateurs les plus utilisés pour sa production sont le bisphénol A (BPA) et, plus récemment, le bisphénol S (BPS). Tous deux peuvent perturber la signalisation hormonale des organismes vivants et sont détectés à la fois dans l’environnement et chez les personnes qui manipulent fréquemment des reçus.

Trouver des alternatives plus sûres aux bisphénols reste un défi, car le papier thermique doit être stable, imprimable et rentable. Ce marché, évalué à environ 4 milliards de dollars en 2022, devrait atteindre environ 6 milliards de dollars d’ici 2030.

Si les législateurs et les fabricants cherchent des substituts, les progrès sont lents. En effet, tout produit alternatif moins toxique doit aussi réagir à la bonne température, rester stable pendant le stockage, bien se mélanger avec d’autres ingrédients de revêtement et éviter la décoloration de fond – des exigences auxquelles peu de matériaux biologiques répondent.

Une solution issue du bois

Des scientifiques des groupes de Jeremy Luterbacher et Harm-Anton Klok de l’EPFL viennent de démontrer que les matériaux dérivés du bois peuvent remplir ces critères. Dans le cadre d’une étude publiée dans Science Advances, les chercheuses et chercheurs font état de revêtements de papier thermique qui utilisent de la lignine, un composant majeur du bois, ainsi qu’un sensibilisateur dérivé des sucres végétaux.

«Nous avons développé des formulations de papier thermique – que l’on trouve couramment dans des produits du quotidien, comme les reçus de caisse, les étiquettes de colis ou les billets d’avion – fabriquées à partir de molécules végétales ayant des signatures toxiques très faibles, voire nulles», explique Jeremy Luterbacher, qui a mis au point une méthode permettant d’extraire la lignine des plantes à moindre coût, tout en évitant sa destruction (publiée dans Science) en 2014.

Cette nouvelle recherche s’appuie sur les travaux en cours du laboratoire sur la lignine. Les chercheuses et chercheurs ont étudié ce polymère organique parce qu’il contient déjà des groupes chimiques qui peuvent agir comme révélateurs de couleurs.

Néanmoins, la lignine isolée est généralement foncée et chimiquement désordonnée, ce qui la rend impropre à l’impression. Pour y remédier, les chercheuses et chercheurs ont utilisé une méthode d’extraction contrôlée, appelée «fractionnement séquentiel assisté par les aldéhydes», pour produire des polymères de lignine de couleur claire avec moins de groupes sombres absorbant les couleurs qui peuvent interférer avec l’impression. Leurs propriétés chimiques lui ont également permis d’être bien mélangée dans la couche thermique, une condition essentielle à une bonne réactivité.

Pour rendre la lignine réactive aux températures d’impression, l’équipe a ajouté un «sensibilisateur» - un composé qui fond lorsqu’il est chauffé et aide le colorant et le révélateur à interagir. Au lieu d’utiliser des sensibilisateurs conventionnels à base de pétrole, les chercheuses et chercheurs ont testé le diformylxylose, une molécule fabriquée à partir de xylane, qui est un sucre présent dans les parois cellulaires végétales. Ils ont ensuite appliqué les mélanges obtenus sous forme de couches minces sur le papier et les ont testés en ayant recours à un chauffage contrôlé et à des imprimantes du commerce.

Un net avantage lors des essais d’innocuité

Les revêtements à base de lignine ont produit des images imprimées nettes une fois chauffés, avec des valeurs de densité de couleur dans la même plage que celles du papier thermique du commerce. Les revêtements sont restés stables une fois stockés près d’une fenêtre pendant plusieurs mois, et les logos imprimés étaient toujours lisibles après un an. Si le contraste de l’image était encore inférieur à celui du papier du commerce entièrement optimisé, les performances étaient équivalentes à celles des papiers thermiques à base de BPA.

Les essais d’innocuité ont également montré un net avantage, car les révélateurs de la lignine présentaient une activité œstrogénique inférieure de deux à quatre ordres de grandeur à celle du BPA. Le sensibilisateur à base de sucre n’a présenté aucun profil œstrogénique ou de toxicité dans les conditions testées.

L’étude indique que des formulations de papier thermique moins nocives pour la santé peuvent être fabriquées directement à partir de biomasse non comestible en suivant des étapes de traitement simples. Bien que des efforts supplémentaires soient nécessaires pour optimiser la qualité d’impression et passer à l’échelle industrielle, les résultats montrent que reçus et étiquettes peuvent être imprimés efficacement sans avoir recours à des produits chimiques problématiques.

Autres contributeurs

• Laboratoire des polymères de l’EPFL
• Centre suisse d’écotoxicologie appliquée