Un substitut au plastique PET fabriqué à partir de biomasse

Une feuille imprimée en 3D fabriquée avec le nouveau bioplastique. Crédit: Alain Herzog (EPFL)

Une feuille imprimée en 3D fabriquée avec le nouveau bioplastique. Crédit: Alain Herzog (EPFL)

Des scientifiques de l’EPFL ont mis au point un substitut au plastique PET fabriqué à partir de matière végétale non comestibles. Le plastique obtenu est solide, thermorésistant et étanche aux gaz comme l’oxygène, ce qui en fait une matière adaptée à l’emballage alimentaire par exemple. Ce nouveau plastique peut être recyclé par voie chimique ou se dégrader en sucres inoffensifs dans l’environnement.

Il apparait de plus en plus évident que l’essor de technologies innovantes sera indispensable pour produire des nouveaux plastiques qui puissent répondre aux enjeux environnementaux actuels. Cela est vrai pour éviter l’accumulation de polluants dans l’environnement mais également pour relever le défi du changement climatique en se détournant des ressources fossiles comme matière première lors de leur production. Dans ce sens, des efforts considérables sont déployés pour développer des polymères dégradables ou recyclables fabriqués à partir la matière végétale non comestible, aussi appelée «biomasse lignocellulosique».

Bien entendu, trouver des alternatives compétitives aux plastiques dérivés de la pétrochimie n’est pas une tâche aisée. Faible coût, stabilité thermique, résistance mécanique, transformabilité et compatibilité sont autant de qualités qui expliquent l’immense succès des plastiques traditionnels, et que toute alternative doit également posséder pour être crédible.

La tâche relevait du défi... Jusqu’à aujourd’hui. Dirigés par le professeur Jeremy Luterbacher de la Faculté des sciences de base de l’EPFL, des scientifiques sont parvenus à développer une telle alternative à partie de la biomasse. Similaire au PET, il répond aux critères pour remplacer plusieurs plastiques actuels tout en étant respectueux de l’environnement.

Un brin hautement transparent et flexible du bioplastique. Crédit: Lorenz Manker

«Nous “cuisons” simplement le bois ou d’autres matières végétales non comestibles, comme les déchets agricoles, dans des produits chimiques économiques pour fabriquer le plastique précurseur en une étape», explique Jeremy Luterbacher. «En gardant intacte la structure du sucre dans la structure moléculaire finale du plastique, la chimie est beaucoup plus simple que les alternatives actuelles qui impliquent de nombreuses modifications.»

La technologie repose sur une découverte que Jeremy Luterbacher et ses collègues ont publiée en 2016, à savoir que l’ajout d’un aldéhyde peut stabiliser certaines fractions des matières végétales et éviter leur destruction pendant l’extraction. En détournant ce principe chimique de son but initial, les chercheuses et chercheurs ont réussi à recréer un nouveau bioplastique utile comme plastique précurseur.

Transformation du bioplastique par extrusion pour fabriquer des fibres pour l'impression 3D. Crédit: Maxime Hedou

«En utilisant un aldéhyde différent – l’acide glyoxylique au lieu du formaldéhyde – nous avons simplement fixé des groupes “collants” des deux côtés des molécules de sucre, ce qui leur permet ensuite de se comporter comme des précurseurs de plastique», explique Lorenz Manker, le principal auteur de l’étude. «Grâce à cette technique simple, nous pouvons transformer jusqu’à 25% du poids des déchets agricoles, ou 95% de sucre purifié, en plastique.»

Les propriétés bien équilibrées de ces plastiques pourraient permettre de les utiliser dans des applications allant de l’emballage ou le textile aux médicaments en passant par des composants de pièces électroniques. Les chercheuses et chercheurs ont déjà fabriqué des films d’emballage, des fibres qui pourraient être filées en vêtements ou autres textiles, et des filaments pour l’impression 3D.

Lorenz Manker, le chercheur principal de l'étude, tenant un logo de l'EPFL imprimé en 3D avec le bioplastique. Crédit: Stefania Bertella

«Ce type de plastique possède des propriétés très intéressantes, notamment pour des applications comme l’emballage alimentaire», affirme Jeremy Luterbacher. «Ce qui le rend unique c’est la présence de la structure intacte du sucre. Il est ainsi très facile à fabriquer car vous n’avez pas à modifier ce que vous donne la nature, et simple à dégrader car il peut redevenir une molécule qui existe déjà en abondance dans la nature.»

Autres contributeurs

  • Laboratoire de traitement des composites avancés de l’EPFL
  • Université des ressources naturelles et des sciences de la vie (Autriche)
  • Centre de compétence pour les composites de bois et la chimie du bois (Autriche)
  • Laboratoire des systèmes d’énergie industrielle de l’EPFL
Funding

Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS)

Conseil européen de la recherche Horizon 2020

Commission suisse pour la technologie et l’innovation

EPFL

References

Lorenz P. Manker, Graham R. Dick, Adrien Demongeot, Maxime A. Hedou, Christèle Rayroud, Thibault Rambert, Marie J. Jones, Irina Sulaeva, Yves Leterrier, Antje Potthast, François Marechal, Veronique Michaud, Harm-Anton Klok et Jeremy S. Luterbacher. Sustainable polyesters via direct functionalization of lignocellulosic sugars. Nature Chemistry 23 juin 2022. DOI: 10.1038/s41557-022-00974-5