Chaque année, les effets négatifs des activités humaines sur l’environnement deviennent de plus en plus évidents. Du changement climatique aux microplastiques en passant par la mise en danger et l’extinction d’innombrables espèces, il est évident que nous devons trouver de nouvelles façons d’atteindre la durabilité. Heureusement, de nombreux groupes de recherche dans des domaines importants comme la chimie et la science des matériaux travaillent sans relâche pour développer des solutions pour nous rapprocher d’économies circulaires et durables.
L’un des domaines qui a suscité le plus d’intérêt à cet égard est le recyclage de la biomasse. Il s’agit de la transformation de matières organiques naturellement disponibles en produits de valeur, tels que les biocarburants et les bioplastiques. Si de nombreuses études scientifiques se sont concentrées sur la biomasse d’origine végétale, comme les fibres de cellulose, le potentiel de la mélanine en tant que ressource de biomasse reste peu étudié. L’une des principales raisons à cela est que la décomposition de la mélanine, un biopolymère complexe mais omniprésent, doit être davantage explorée.
Dans une étude récente publié dans ACS Chimie et ingénierie durables, une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Michinari Kohri de la Graduate School of Engineering de l’Université de Chiba, au Japon, a entrepris de combler ce manque de connaissances. En utilisant de la mélanine d’origine artificielle et naturelle, ils ont effectué une analyse détaillée de la décomposition de la mélanine et ont démontré son potentiel de valorisation.
Leur article, mis en ligne le 19 avril 2024, a été co-écrit par M. Takumi Morita et le professeur Keiki Kishikawa de la Graduate School of Engineering de l’Université de Chiba, le professeur Toshihiko Matsuura du Laboratoire de biotechnologie et de bio-ingénierie de l’Université de Chiba. Université d’éducation de Hokkaido et professeur Hironori Izawa de la Faculté d’ingénierie de l’Université de Miyazaki.
Les chercheurs ont d’abord synthétisé de la mélanine artificielle à partir de polydopamine, obtenant ainsi un polymère structurellement très similaire à la mélanine naturelle. En utilisant des échantillons en poudre comme substance modèle, ils ont effectué une série de tests de décomposition dans diverses conditions, suivis d’une série d’expériences analytiques sur les produits de décomposition obtenus.
Ils ont ensuite répété plusieurs de ces tests sur la mélanine naturelle, extraite des sacs d’encre de seiches. « Du point de vue des ressources, la mélanine concentrée dans les sacs d’encre de seiches et de calmars est une mélanine naturelle facilement récupérable. Les prises de calmars et de poulpes augmentent chaque année et tournent autour de trois millions de tonnes depuis quelques années », explique le Dr Kohri.
Fait intéressant, les chercheurs ont découvert que la mélanine artificielle et naturelle était décomposée en dérivés du pyrrole contenant des acides carboxyliques. Ce résultat suggère que la mélanine dérivée d’autres sources renouvelables et facilement accessibles, telles que les exosquelettes d’insectes, les poils d’animaux ou les micro-organismes producteurs de mélanine, pourrait être tout aussi utile en tant que précurseur chimique.
Enfin, en utilisant les produits de décomposition obtenus à partir de mélanine artificielle et naturelle comme matières premières, les chercheurs ont préparé divers films et particules polymères. Ces expériences servent à démontrer le potentiel inexploité de la mélanine dans le recyclage de la biomasse.
« Étant donné que la mélanine est une biomasse naturellement abondante et qu’elle finit par être dégradée par des micro-organismes, les matériaux polymères produits à partir de produits de décomposition de la mélanine sont probablement également biodégradables », souligne le Dr Kohri.
« Les polymères biodégradables peuvent être éliminés sans nuire à l’environnement et l’approche proposée pour fabriquer des polymères à partir de produits de décomposition de la mélanine pourrait conduire au développement de matériaux durables. »
Dans l’ensemble, les résultats de cette étude pourraient ouvrir la voie à l’adoption généralisée du recyclage de la mélanine, ce qui pourrait à terme nous aider à protéger l’environnement.
« Tout comme la recherche sur la biomasse cellulosique a progressé parce que la cellulose peut être extraite d’une variété de plantes sous-utilisées, nous espérons que nos efforts renforceront l’utilisation de la mélanine comme ressource de biomasse », conclut le Dr Kohri.
Plus d’information:
Takumi Morita et al., Melanin Upcycling : création de matériaux polymères à partir de produits de décomposition de la mélanine, ACS Chimie et ingénierie durables (2024). DOI : 10.1021/acssuschemeng.4c01278