Une fois jetés, les articles jetables tels que les couches et les serviettes hygiéniques peuvent mettre des centaines d’années à se décomposer, car leurs parties absorbantes et leurs couches imperméables contiennent des plastiques et d’autres polymères synthétiques. Mais désormais, les chercheurs remplacent ces matériaux par des composants poreux fabriqués à partir de biomasse protéique, souvent rejetée par les industries agroalimentaires. Ces composants sont durables et biodégradables et pourraient potentiellement permettre aux futures couches et serviettes hygiéniques d’être jetées dans les toilettes ou utilisées comme engrais.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui au réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS).
Antonio Capezza, qui présentera les recherches lors de la réunion, explique qu’en Europe, les réglementations découragent l’utilisation de certains plastiques à base de pétrole dans les produits jetables. Cependant, il n’existe pas de directives ou de réglementations claires interdisant ces plastiques dans les couches, les serviettes hygiéniques et autres articles hygiéniques jetables, note-t-il, car aucun produit de remplacement efficace n’est disponible.
« Mais nous espérons changer cela grâce à nos matériaux à base de protéines », dit-il.
Bien sûr, les couches lavables évitent complètement la problématique du plastique, mais il affirme que peu de soignants souhaitent les utiliser. Son objectif est d’apporter un autre type de solution durable et non polluante aux personnes qui souhaitent continuer à utiliser des produits sanitaires jetables.
« Le taux d’acceptation sera beaucoup plus élevé que si vous venez voir un client et lui dites : ‘D’accord, maintenant vous devez laver vos couches' », explique Capezza, chercheur à la division des matériaux polymères de l’Institut royal de technologie KTH en Suède.
Ironiquement, le projet trouve son origine dans une démonstration conçue pour enseigner aux étudiants ce qui peut mal se passer en laboratoire. Capezza leur montrait comment fabriquer des filaments bioplastiques à partir de protéines. Pour imiter l’impact d’une humidité indésirable, il a ajouté du coton humide, ce qui a fait mousser le mélange. Une fois le produit séché, se rendit-il compte, le matériau était devenu super poreux, ce qui signifie qu’il pouvait absorber les liquides comme une éponge.
« C’était donc une sorte d’accident, mais un bon accident, car cela nous a conduit à une toute nouvelle ligne de recherche », dit-il. Capezza collabore avec des chercheurs du KTH, de l’Université suédoise des sciences agricoles et d’autres institutions, notamment l’Université Simón Bolívar au Venezuela, l’Université de Tokyo au Japon et l’Université de Séville en Espagne.
Certaines alternatives à base de coton aux produits sanitaires en plastique sont déjà sur le marché, mais elles dépendent du coton vierge et peuvent nécessiter un blanchiment ou un autre traitement chimique pour leur production. À la recherche d’une source matérielle plus durable, l’équipe de Capezza a identifié des protéines et d’autres molécules naturelles provenant de la production alimentaire et agricole qui pourraient autrement être mises en décharge ou incinérées ; par exemple, la zéine du maïs, le gluten du blé et les extraits naturels d’antioxydants.
Crédit : Société américaine de chimie
Les chercheurs ont mélangé les protéines dans différentes proportions et ont ajouté de l’eau et des bicarbonates, comme le bicarbonate de soude, comme agents moussants ; l’édulcorant glycérol comme plastifiant ; et des extraits naturels comme conservateurs.
L’équipe a ensuite utilisé des équipements et des techniques de transformation de l’industrie du plastique, notamment l’extrusion, pour fabriquer divers composants couramment utilisés dans les serviettes et les couches. Semblable à une machine à pâtes, l’extrudeuse a permis à l’équipe de produire des filaments et des feuilles plates tout en permettant de faire mousser les matériaux. Grâce à ces techniques, les chercheurs ont produit une couche plate « non tissée » qui reste sèche au toucher tout en permettant au liquide de passer rapidement à travers ; un matériau poreux duveteux doté de propriétés superabsorbantes qui capturait le liquide ; et des films imperméables pour protéger les vêtements extérieurs.
En guise de preuve de concept, les chercheurs ont assemblé ces composants pour fabriquer des prototypes absorbants à base de protéines qui ressemblaient à des produits sanitaires jetables. Une fois exposés à l’eau ou au sol, les matériaux se dégradent complètement en quelques semaines. En raison de l’origine protéique des matériaux, cette dégradation libère du carbone, de l’azote, du phosphore, des acides aminés et d’autres composés que la nature peut réutiliser comme nutriments.
Selon Capezza, avec des développements ultérieurs, cela pourrait conduire à des produits sanitaires à usage unique pouvant être rincés. Alternativement, après utilisation, ces produits (ou tout déchet produit au stade de la fabrication) pourraient être compostés pour fertiliser des cultures, comme le maïs et le blé, qui à leur tour fourniraient les matières premières nécessaires à la fabrication de nouveaux produits sanitaires.
« C’est donc une conception entièrement circulaire », ajoute Capezza. Les chercheurs ont déjà montré que les plantes poussent des feuilles et des racines plus longues lorsqu’elles sont exposées à ce compost. « Et nos tests ont montré que, comme ils sont à base de protéines, il n’y a aucun risque que ces produits polluent le sol avec des microplastiques ou d’autres produits chimiques indésirables lorsqu’ils se décomposent », note Capezza.
Les produits hygiéniques à base de protéines seraient environ 10 à 20 % plus chers que les couches et serviettes en plastique traditionnelles, estime Capezza. Les performances des serviettes hygiéniques protéinées sont similaires à celles des serviettes classiques. En revanche, les couches protéinées ne sont pas aussi absorbantes que leurs homologues en plastique. Cela signifie que les couches protéinées devraient soit être plus épaisses, soit que leur formulation devrait être modifiée pour améliorer l’absorption.
Pour augmenter l’absorption des liquides et la résistance mécanique, les chercheurs explorent actuellement l’ajout de lignocellulose, un mélange de lignine et de cellulose présente dans les plantes. Ce matériau est un sous-produit de faible valeur des secteurs agricole et forestier. Les résultats à ce jour montrent que son ajout rapproche les performances de celles des couches conventionnelles.
L’équipe se prépare actuellement à des études pilotes pour tester la faisabilité d’une augmentation de la production. Des évaluations supplémentaires, notamment des tests d’irritation de la peau humaine, devront être effectuées avant que l’un de ces produits puisse être mis sur le marché, explique Capezza.