PLA & PHA : les *STARS* incontestées des Bioplastiques

PLA, PHA & PHB sont des polymères issus de la biotechnologie. Ils proviennent de la fermentation de cultures ou d'extraits de la fermentation bactérienne. Ces polymères possèdent des caractéristiques satisfaisantes et sont bien adaptés aux différents segments du packaging. Leur marché est attendu en hausse dans les cinq ans qui viennent, avec un objectif de 20% des bioplastiques en 2024.

PLA : le leader

Le PLA est obtenu à partir de l’acide lactique, via la fermentation de cultures de betterave ou de mais, par exemple. Le polymère est rigide, hautement transparent, biocompatible, facilement imprimable et peut intégrer les procédés de transformation industriels. Ses points faibles sont une perméabilité à l’eau insatisfaisante (proche de celle du PVC), et une faible résistance à l’étirement (moins de 10%), ainsi qu’à l’impact.

Ce polymère est compostable industriellement, au sens de la norme EN 13432 (compostage industriel uniquement, voir notre article : "Bioplastiques, solution ou illusion ?") ; des tests menés par Citeo le confirme (voir références).

Le PLA représente presque 14% du marché des bioplastiques à lui seul (ce volume est attendu stable dans les cinq années qui viennent) et ses applications dans l’emballage alimentaire sont variées (bouteilles, pots, sachets, films… pour tout type de denrées alimentaires.

PLA : un potentiel de R&D majeur

Le PLA fait l’objet d’une multitudes d’études de recherche et développement. Des mélanges avec différents polymères sont testés et beaucoup sont prometteurs. Citons simplement une étude récente qui dévoile l’obtention de caractéristiques très intéressantes dans le domaine de l’emballage alimentaire (ici des capsules pour machine à café) en mélangeant le PLA avec du PBS. Les points faibles caractéristiques que nous avons signalés (faible résistance à l’étirement ainsi qu’à l’impact, notamment) sont supprimés, voire transformés en points forts (voir figure suivante, source : University of Rome Tor Vergata). D’autres études évaluent l’intérêt des PLA nanoadditivés (nanotubes de carbone), en insistant sur l’intérêt de cet apport. L’objectif de ces développements est la pénétration des marchés du PET, à terme, ce qui représente à la fois un objectif scientifique considérable et un énorme potentiel pour le marché du PLA.

 

PHA : le plus fort potentiel de marché à 5 ans

Le PHA est un biopolymère synthétisé par fermentation microbienne. Il est biocompatible, résistant aux UV et possède des propriétés physique et chimique satisfaisantes. Mais pour pouvoir satisfaire la vaste gamme des applications d’emballages alimentaires, le PHA est très souvent modifié (modifications chimique ou enzymatique). Le PHB 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.

Par ailleurs il est souvent présenté comme "biodégradable", mais cette caractéristique n'est toujours pas prouvée, d'une part, et est à coup sûr abusive, d'autre part (il est au mieux compostable selon la norme EN 13432).

L'étude de marché la plus récente (source : "Bioplastics market development update 2019") conclut que le segment du packaging est le plus important pour les PHA / PHB. 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 : d'excellentes caractéristiques pour les emballages

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 PHB, des TPS ou des PLA 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. En fait, les combinaisons possibles sont presque illimitées, ce qui explique aussi l’attrait pour ces matériaux.

Les PHA sont accumulées directement à l’intérieur des cellules bactériennes (en haut à gauche, source : Guo-Qiang Chen & al.) puis convertis en polymères pour l'emballage par exemple (en haut à droite, source : Danimer scientific). Voir la vidéo détaillant le procédé chez Danimer Scientific (ci-dessous).

 

Pondérons notre enthousiasme

ATTENTION : les bioplastiques sont souvent 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 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. On parle bien de la même pollution que celle générée par le plastique traditionnel...

Par ailleurs, malgré des atouts réels, les PLA, 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 :
• Bioplastics market development update 2019, European Bioplastics, 2019.
• Physical and Chemical Stability of PLA in Food Packaging, Massimiliano Gerometta & al., Reference Module in Food Science, 2019.
• Poly-Lactic Acid: Production, Applications, Nanocomposites, and Release Studies, Majid Jamshidian & al., Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, vol. 9, 2010.
• Bioplastics and food packaging: A review, Nafisa Jabeen & al., Cogent Food & Agriculture, Volume 1, 2015.
• Tailor-Made Bioplastics for Environmentally Friendly Food Packaging, Clizia Aversa & al., University of Rome Tor Vergata, Italy, Encyclopedia of Renewable and Sustainable Materials, Volume 4, 2020.
• Biofunctionalization of Polymers and Their Applications, Guo-Qiang Chen & al., Biochem Engin/Biotechnol, 2011.
• 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 Natural development

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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