Le terme bioplastique ne définit pas un produit particulier ; c’est plutôt un concept qui regroupe à la fois les polymères biosourcés (ou agrosourcés) et les polymères « biodégradables ». Ces deux catégories sont indépendantes ; les polymères biodégradables peuvent être d’origine fossiles ou non (ils sont alors également biosourcés).
Etant donné le rôle des emballages dans la pollution plastique et notamment océanique, ce sujet concentre des espoirs immenses. Nous distinguons ainsi différents types de polymères possédant des caractéristiques et un potentiel pour l’emballage alimentaire différents, voir graphe (Natural development 2020).
Le terme « biodégradable » est à prendre avec précaution. 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.
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BioPE, BioPET, BioPVC ; potentiel des polymères biosourcés à structure traditionnelle
Les polymères biosourcés à structure traditionnelle, tels les BioPE, BioPET ou Bio PVC reproduisent la structure des polymères fossiles traditionnels ; ils sont donc non biodégradables. Les techniques de production les plus classiques font appel à la fermentation de la canne à sucre et les plus récentes utilisent des synthons (des briques moléculaires de base) fabriqués en bioraffineries à partir de la biomasse (voir exemple ci-dessous : synthèse du BioPET par des techniques classiques – en haut – ou plus récentes – en bas : technique utilisée chez Roquette Frères France, via la mise en œuvre de 2 synthons d’origine végétale – biomasse, d’après « L’actualité chimique », février 2019).
L’avantage de ces polymères, et il est énorme, est de supporter les filières de recyclage classiques. Malheureusement, leur coût de production est encore actuellement élevé et leur compétitivité économique reste faible. Par ailleurs, leur impact environnemental global ne semble pas particulièrement favorable. En effet, une métaétude récente et d’importance comparant les analyses en cycle de vie des polymères biosourcés avec celles des polymères fossiles ne montre pas de bénéfice significatif (source : Life cycle assessment of bio-based and fossil-based plastic: a review, 2020).
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Agropolymères : TPS & Starch blends
Ils sont produits à partir de l’amidon, de la cellulose, de la pectine ou encore de la chitine, qui sont des ressources abondantes et renouvelables. Ils peuvent être fabriqués en grandes quantités et à un coût relativement faible. Malheureusement, leur structure moléculaire les rend relativement cassants et fragiles, et ne permet pas une mise en œuvre industrielle aisée. Pour y remédier différents plastifiants végétaux sont ajoutés ; les produits prennent alors le nom de ThermoPlastic Starch (TPS). Ceux-ci sont plus flexibles, plus résistant et peuvent donc être travaillé classiquement.
Les TPS et mélanges à base de celui-ci représentent la catégorie de bioplastiques la plus importantes avec 21,3% de l’ensemble en 2019. Leur marché se situe essentiellement dans le domaine des emballages rigides ou sous forme de films. Malheureusement, la multiplication des constituants des TPS rend difficile leur traitement en fin de vie car il est impossible de les intégrer à une quelconque filière de recyclage.
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PHA & PLA : les polymères issus de la biotechnologie
Les polymères issus de la biotechnologie sont issus de la fermentation de cultures ou 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.
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. 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.
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 est 100% biodégradable, bénéficie d’une cristallinité supérieure, d’une faible perméabilité à la vapeur d’eau, ainsi que de caractéristiques mécaniques proches de celles du polyéthylène.
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PBAT, PBS, PCL : les bioplolymères issus de la pétrochimie
Les polymères issus de la pétrochimie sont biodégradables mais non biosourcés. Ils sont produits et tenus par des compagnies puissantes de l’industrie chimique telles que Solvay, Dupont, Eastman ou Bayer. Les polymères obtenus (notamment PCL, PBS et PBA) sont synthétisés industriellement et sont dotés des caractéristiques nécessaires pour être conformes à la norme EN 13432.
Ils représentent environ 20% du marché des bioplastiques en 2019, mais leurs perspectives ne sont pas à l’évolution. Ce manque de potentiel à court terme se comprend aisément par l’image dégradée de la pétrochimie et l’absence de lutte contre la diminution des ressources fossiles et le changement climatique.
Les principaux polymères sont les PBAT, PBS, PCL, obtenus par polymérisation. Il s’agit de polyesters aliphatiques, dominants de cette catégorie ; leur application dans le domaine de l’emballage est la plus adaptée et la plus représentée. Ils sont utilisés comme sacs de compostage, sachets pour emballage alimentaire, films pour emballage alimentaire ou encore barquettes, notamment.
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Conclusion
Quelle diversité… En conclusion nous récapitulons les principales caractéristiques de chacun des bioplastiques. Les éléments économiques inhérents à chaque structure ainsi que les caractéristiques recherchées en fonction des marchés et des applications visées guideront le choix vers le produit le mieux adapté.
Sources
- 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.
- Life cycle assessment of bio-based and fossil-based plastic: a review, S. Walker & al., Journal of Cleaner Production 261 (2020).
- Les synthons biosourcés porteurs d’innovations dans le domaine des polymères, L’actualité chimique, février 2019.
- 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.
- > illustration : image Natural development
