PHA et packaging : le grand espoir des bioplastiques

Les PHA - polyhydroxyalcanoates - portent une grande partie des promesses et espérances des bioplastiques. Pourquoi ? Trois grandes raisons cohabitent : 1) les projections de marché à 5 ans les donnent en forte progression - et ils sont les seuls bioplastiques dans ce cas ; 2) leurs caractéristiques mécaniques permettent d'envisager un développement puissant dans le domaine de l'emballage et leur potentiel de R&D est fort et 3) de nombreux acteurs internationaux et dynamiques, dont l'américain Danimer Scientific, poussent le marché.

Pourtant, alors que ces trois atouts majeurs sont réels et vérifiés, les PHA sont essentiellement connus pour une caractéristique beaucoup plus sujette à caution : ils passent pour être biodégradables. Pourquoi sujette à caution ? Que sait-on exactement ? La suite plus en détail ci-après.

Chez Danimer Scientific (USA) : depuis presque une décennie, le PHA c'est magique et c'est l'avenir ! [5]. Information à pondérer à l'aide des données qui suivent !

PHA : carte d'identité

Les PHA sont des biopolymères essentiellement issu de l'huile de colza. Un bioréacteur permet la fermentation microbienne d'un mélange huile de colza / microorganisme. Lors de cette fermentation les polymères PHA sont accumulés au sein des cellules bactériennes sous forme de granules lorsqu'un nutriment (source d'azote, de phosphate, oligo-éléments...) indispensable à la croissance des bactéries vient à manquer (dans ces conditions, celles-ci stockent par sécurité du polyhydroxyalcanoate pour garantir leur survie énergétique).

Le taux de PHA peut atteindre 80% du poids sec de la bactérie. Une extraction du polymère s'ensuit, via des procédés chimiques solvantés ou purement mécaniques.

Les PHA sont accumulées directement à l’intérieur des cellules bactériennes en condition de manque nutritionnel, pour stocker l'énergie afin de garantir leur survie [2].

Les PHA sont résistants aux UV et possèdent des propriétés physique et chimique satisfaisantes. Mais pour pourvoir à la vaste gamme des applications d’emballage alimentaire, le PHA est très souvent modifié (modifications chimique ou enzymatique). Le PHB (polyhydroxybutyrate) est ainsi une variante très adaptée à l'emballage alimentaire. Il bénéficie d’une cristallinité supérieure, d’une faible perméabilité à la vapeur d’eau, ainsi que de caractéristiques mécaniques proches de celles du polyéthylène (PE).

PHA : le plus fort potentiel de marché à 5 ans

L'étude de marché la plus récente [1] (voir graphe ci-dessous) conclut que le segment du packaging est le plus important pour les PHA. Les capacités de production mondiales sont tenues par de nombreux acteurs très dynamiques, dont : Danimer Scientific (US), Bio-on (Italie) ou encore Shenzen Ecoman (China). Au niveau européen, la capacité de production du PHA est ainsi attendue en forte hausse dans les 5 années qui viennent (capacité multipliée par 5).

PHA & PHB : des applications très variées dans le domaine de l'emballage

Par ailleurs, la formulation de mélanges permet d’obtenir des caractéristiques très différentes, ce qui est évidemment un atout considérable pour aborder tous types d’applications. Les PHA et PHB sont par exemple largement combinés avec des TPS ou des PLA (acide polylactique) pour améliorer encore leurs caractéristiques. Il est ainsi possible d’augmenter les propriétés barrières et mécaniques ou bien la résistance à l’élongation, par exemple pour la réalisation de films d’emballages [3] [4]. En fait, les combinaisons possibles sont presque illimitées, ce qui explique aussi l’attrait pour ces matériaux.

Les applications packaging des PHA / PHB ; selon certains acteurs, tous types d'emballages peuvent être reproduits via ces polymères [5].

Pondérons notre enthousiasme

ATTENTION : les bioplastiques sont régulièrement présentés comme biodégradables mais il s'agit souvent d'une façon de parler, ou d'une tentative abusive de les présenter plus "verts" qu'ils ne le sont vraiment. La caractéristique "biodégradable" des bioplastiques n'a jamais été démontrée scientifiquement ; ils sont au mieux "compostables" selon la norme EN 13432. Et ce n'est pas pareil !  La norme garantit que les résidus supérieurs à 2 mm doivent être inférieurs à 10% au bout de 12 semaines... La transformation en microplastiques - pour partie - est inévitable à terme. On parle bien de la même pollution que celle générée par le plastique traditionnel...

Par ailleurs, malgré des atouts réels, les PHA & PHB ne représentent toujours qu'une part très faible du packaging en Europe, probablement inférieure à 0,01%... Et même avec les taux de croissance optimistes que nous avons signalés, il sera malheureusement difficile de traiter le problème de la pollution plastique par ce biais à moyen terme.

Références et crédits images :
[1] Bioplastics market development update 2019, European Bioplastics, 2019.
[2] Biofunctionalization of Polymers and Their Applications, Guo-Qiang Chen & al., Biochem Engin/Biotechnol, 2011.• Physical and Chemical Stability of PLA in Food Packaging, Massimiliano Gerometta & al., Reference Module in Food Science, 2019.
[3] Bioplastics and food packaging: A review, Nafisa Jabeen & al., Cogent Food & Agriculture, Volume 1, 2015.
[4] Tailor-Made Bioplastics for Environmentally Friendly Food Packaging, Clizia Aversa & al., University of Rome Tor Vergata, Italy, Encyclopedia of Renewable and Sustainable Materials, Vol. 4, 2020.
[5] Youtube, https://www.youtube.com/watch?v=YWs_VVLNWC0
• Test de compostage électromécanique de bouteilles plastique en PLA : synthèse de l’étude Citeo, bo.citeo.com, septembre 2019.
• Plastiques biosourcés, biodégradables, compostables : quelle contribution à une économie circulaire de l’emballage ? Citeo, bo.citeo.com, septembre 2019.
> illustration : image à la une : Danimer Scientific

Tags : PHA ; polyhydroxyalcanoates ; PHB ; polyhydroxybutyrate ; TPS ; PLA ; packaging ; emballage ; film ; définition ; fabrication ; synthèse ; packaging ; bioplastique ; biopolymère ; Danimer

Avertissement : cet article synthétique est issu de différents documents publiés par Natural development. L'objectif est de fournir simplement les données clé. Se référer aux sources complètes  (voir liens ci-dessous) pour une information plus exhaustive et plus détaillée.

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