Le polyéthylène a un certain nombre de propriétés avantageuses, mais la biodégradabilité n’en fait pas partie. Une équipe de chercheurs vient de mettre au point un plastique qui possède des propriétés thermoplastiques similaires au polyéthylène mais qui est également biodégradable. Le matériau en question est un polyester semi-cristallin qui se décompose entièrement en ses matières premières à l’aide de processus chimiques ou biologiques doux, comme l’explique l’équipe dans son étude publiée dans la revue Angewandte Chemie International Edition.
Le polyéthylène haute densité (HDPE) est un matériau particulièrement solide et durable. Il doit ses propriétés thermoplastiques à la structure interne de ses chaînes moléculaires, qui sont disposées de manière cristalline avec une attraction supplémentaire due aux forces de van der Waals. Les chaînes moléculaires sont également des hydrocarbures purs. La combinaison de la cristallinité et de la teneur en hydrocarbures signifie que les micro-organismes, qui pourraient être capables de dégrader le plastique, ne peuvent pas accéder aux chaînes pour les briser.
Le groupe de recherche de Stefan Mecking et ses collègues, à l’Université de Constance, en Allemagne, a maintenant développé un polyester qui a une cristallinité similaire au HDPE et conserve également ses propriétés mécaniques bénéfiques. Contrairement au polyéthylène, les polyesters contiennent également des groupes fonctionnels qui pourraient théoriquement être dégradés chimiquement ou enzymatiquement. Cependant, dans des circonstances normales, plus un polyester est cristallin (c’est-à-dire plus il ressemble au HDPE), moins il peut être facilement biodégradé.
L’équipe a donc été naturellement surprise de la rapidité avec laquelle leur polyester cristallin se dégradait lorsqu’il était exposé à des enzymes. « Nous avons testé la dégradation avec des enzymes naturelles, et c’était un ordre de grandeur plus rapide qu’avec notre matériau de référence », explique Mecking. Il n’y avait pas que les solutions enzymatiques qui dégradaient le matériau : les micro-organismes du sol étaient également capables de composter complètement le polyester.
Mais qu’est-ce qui rend ce polyester si exceptionnellement biodégradable ? L’équipe a pu identifier la contribution significative de l’éthylène glycol, l’un des éléments constitutifs du polyester. Mecking ajoute: « Ce bloc de construction est en fait très courant dans les polyesters. Il vous donne un point de fusion élevé, mais il augmente également la dégradabilité de ces matériaux de type polyéthylène. »
En raison de sa bonne dégradabilité chimique et biologique, ainsi que de ses propriétés mécaniques, le nouveau polyester pourrait trouver des applications en tant que matériau thermoplastique recyclable avec un impact environnemental minimal. L’objectif final est le recyclage chimique en boucle fermée pour décomposer le plastique en ses matières premières et produire de nouveaux plastiques, ajoute Mecking. L’avantage supplémentaire du plastique de l’équipe est que, si des matériaux pénètrent dans l’environnement malgré cette boucle fermée, ils peuvent se biodégrader et ne laisser aucun impact durable.
Plus d’information:
Marcel Eck et al, Matériau biodégradable de type polyéthylène haute densité, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI : 10.1002/anie.202213438