vignette|Salade vendue dans un emballage en bioplastique (acétate de cellulose). Le terme bioplastique désigne des polymères, surtout thermoplastiques, moins souvent thermodurcissables, de deux types. Il s'agit de matières plastiques : d'une part, de matières plastiques biosourcées (issues de la biomasse, surtout des plantes) ; d'autre part, de matières plastiques biodégradables (dont compostables), y compris issues de ressources fossiles (réactions pétrochimiques).
, une association de fabricants concernés, propose la définition suivante : : .. Certains bioplastiques présentent à la fois les deux caractéristiques, biosourcées et biodégradables. Les plastiques seulement oxofragmentables, mais non biosourcés ni biodégradables, ne sont pas des bioplastiques.
Outre la définition du lobby industriel European Bioplastics., des définitions légales encadrent ces termes peu clairs pour le grand public. Ainsi, le code de l'environnement interdit de faire figurer sur un produit ou un emballage les mentions « biodégradable », « respectueux de l'environnement » ou toute autre mention équivalente.. La teneur biosourcée minimale des gobelets, verres et assiettes jetables de cuisine pour la table en matière plastique mentionnés au III de l'article L. 541-10-5 est de 50 % à partir du et de 60 % à partir du .. Il existe deux normes permettant de qualifier les plastiques de « compostables » : la norme NF EN 13432 : 2000 qui désigne les plastiques capables de se dégrader en condition de compostage industriel, et la norme NF T 51-800 : 2015 qui désigne les plastiques aptes au compostage domestique.
L'utilisation de bioplastiques biosourcées, en lieu et place des plastiques issus des ressources fossiles (hydrocarbures), peut permettre une réduction des rejets de gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone, ). Cependant, pour l’ADEME, il reste à comparer l’impact environnemental de ces cultures intensives de maïs et autres cultures OGM qui consomment indirectement du pétrole par leur utilisation de pesticides et engrais mais aussi par leurs transformations et transports.. De plus, une analyse comparative devrait aussi considérer l'eutrophisation, la nitrification, l'utilisation des terres, les impacts écotoxicologique et toxicologique pour avoir une approche plus complète qu'uniquement par les gaz à effet de serre. En 2019, la biologiste Lisa Zimmermann a publié une étude démontrant que les produits en bioplastique d’origine végétale ont autant de « toxicité de base » que les matières plastiques à base de pétrole.. L'ADEME met également les consommateurs en garde contre les dangers des bioplastiques à la suite des résultats d'études sur leur réelle dégradation..
Ils ne sont pas forcément recyclables, combustibles ou biodégradables au sens des normes existantes : leur intérêt provient essentiellement du caractère agricole des ressources utilisées pour leur fabrication. Bio-PE peut servir d'exemple d'un bioplastique biosourcé (principalement issu de canne à sucre), qui est recyclable, mais qui n'est pas biodégradable.
L'utilisation de bioplastiques biodégradables permet leur valorisation par le compostage, au moins par des institutions spécialisées. Les bioplastiques biodégradables sont discutés comme une solution contre les détritus. La polycaprolactone (PCL) est un exemple d'un bioplastique d'origine pétrochimique, qui est biodégradable.
Histoire
Les premiers « bioplastiques » (le terme n'existe pas encore à cette époque) ont été inventés pour répondre à des besoins humains avant l'application industrielle de la pétrochimie (voir l'historique des matières plastiques).
Le caoutchouc naturel a été découvert au . Il fait partie de la famille des élastomères (la grande famille des plastiques), le premier dans cette catégorie. Mais on considère que le premier plastique a été découvert en 1855 par Alexander Parkes et a été commercialisé sous le nom de Parkesine, le premier polymère (semi)synthétique commercialisé. Ce plastique a été produit à partir de cellulose traitée par de l'acide nitrique (nitrocellulose) et un solvant (huile animale, naphte végétale (extraite de bois) ou minérale. Le parkésine a été suivi par le celluloïd, en 1869 la première usine destinée à la production de ce matériau thermoplastique a été ouverte par les frères Hyatt (USA). Le celluloïd a été composé essentiellement de nitrate de cellulose et de camphre. En 1893, Auguste Trillat (père de Jean-Jacques Trillat), un scientifique français, trouve le moyen d'insolubiliser la caséine (protéine du lait) en y rajoutant du formol qui garantit donc sa conservation. En 1897, la découverte est brevetée en Allemagne par Wilhelm Krischeet et le chimiste autrichien Adolf Spitteler (1846–1940) sous le nom de « Galalithe » également appelé « pierre de lait ».
L'histoire du bioplastique moderne (le terme n'existe toujours pas) continue au début du par l'invention de la cellophane en 1908 par l'ingénieur chimiste suisse Jacques E. Brandenberger, qui confia en 1917 l'exploitation de ses brevets à la société anonyme La Cellophane. Puis les bioplastiques se développent peu à peu durant le siècle. Durant cette-même période Henry Ford essaye de développer les matériaux plastiques non-alimentaires issue de surproduction agricole. En 1915 le modèle automobile Ford T intègre des éléments composites fabriqués à partir de fibres renforcées par une résine synthétique issue de gluten de blé. Puis, à la suite du boom pétrolier, les bioplastiques sont oubliés.
Depuis les années 2000 le marché du bioplastique est en croissance, forte au début du siècle, puis ralentie à cause de prix bas du pétrole, son concurrent principal. Ce retour du bioplastique est entraîné par la surexploitation du pétrole et les préoccupations environnementales (pollution et changement climatique).
Applications Les bioplastiques biodégradables sont utilisés notamment pour les articles jetables, comme les articles de conditionnement et de restauration (vaisselle, couverts, casseroles, bols, pailles). Ils sont également souvent utilisés pour les sacs de déchets organiques, où ils peuvent être compostés avec les déchets alimentaires ou verts. Certains bacs et conteneurs pour les fruits, les légumes, les œufs et la viande, des bouteilles pour boissons et de produits laitiers et des feuilles blister pour les fruits et les légumes sont fabriqués à partir de bioplastique.
Certains meubles sont également fabriqués avec ce composant, pour une durée de vie estimée à une vingtaine d'années..
Les bioplastiques non biodégradables sont plutôt réservés aux applications non jetables, telles que les boîtiers de téléphones mobiles, les fibres de moquette, les intérieurs de voiture, les conduits de carburant ainsi que les tuyaux en plastique. De nouveaux bioplastiques électroactifs sont développés pouvant être utilisés pour transporter le courant électrique..
Recherche
Les bioplastiques sont un sujet de recherche très actif dans la recherche fondamentale comme dans la recherche appliquée. La recherche sur les bioplastiques s'appuie souvent sur les principes fondateurs de la chimie verte, et cherche à réduire les impacts environnementaux de ces matières et de leur production.
Bioplastique à partir d’algues
Les algues, déjà utilisées dans différents domaines tels que l’agroalimentaire ou la cosmétique, sont aujourd'hui considérées comme intéressantes pour leur utilisation dans les bioplastiques, ceci du fait de leur richesse en polymères. De plus, leur utilisation pourrait permettre de remédier au problème de prolifération de certaines algues le long des côtes..
Ce sont en général davantage les macroalgues que les microalgues qui sont utilisées dans la production de plastique car elles possèdent une biomasse plus importante et peuvent facilement être récoltées dans l’environnement naturel. Les algues utilisées peuvent être des algues rouges, brunes ou vertes mais il semblerait que davantage de travaux concernant les bioplastiques à partir d’algues aient été effectués avec des algues brunes ou rouges.
Les constituants des algues le plus souvent utilisés pour fabriquer du plastique biodégradable sont les polysaccharides. La paroi des algues est en effet riche en polysaccharides, représentant souvent plus de la moitié de la matière sèche des algues (entre 40 et 70 % selon les espèces). Mais l'exploitation industrielle des algues est essentiellement liée à l'extraction des polysaccharides de la phase matricielle de la paroi des algues : les phycocolloïdes. Ce sont des polysaccharides chargés négativement et ce sont eux qui vont permettre à la paroi d’avoir une certaine souplesse, élasticité. Ainsi on retrouve les agars et les carraghénanes dans les algues rouges tandis que les algues brunes contiennent les alginates et les fucanes. Certaines algues vertes peuvent également être riches en ulvanes.
Les compositions bioplastiques réalisées à partir d’algues sont produites par séchage des algues et broyage de celles-ci, puis généralement par mélange avec d'autres composants tels qu’un autre polymère naturel (ex : amidon), plastifiant, charge… Elles peuvent être ensuite utilisées sous forme de poudre ou de granulés afin de fabriquer des produits plastiques injectés, thermoformés, extrudés en bulles ou en gonflage.
Les bioplastiques produits à partir d’algues présentent divers avantages par rapport aux autres bioplastiques existant déjà (ex : bioplastique à base d’amidon de maïs) tel que le fait de ne pas entrer en compétition avec les terres pour la culture ou de ne nécessiter ni engrais, ni pesticides. En revanche ils peuvent être confrontés à différents problèmes comme une forte odeur ou une couleur prononcée dues aux algues.
Divers travaux continuent d’être effectués sur l'utilisation d’algues en tant que bioplastique et l’optimisation du processus de transformation. Cependant plusieurs entreprises se sont déjà lancées dans la réalisation de produits plastiques utilisant des algues telles que Algopack, mise en ligne le par Al Jazeera English ; entretien avec David Coti, président d'Algopack, à partir de .Ouest-France, Innovation. Algopack transforme les sargasses en plastique à Saint-Malo, 20/11/2018, NaturePlast. et Eranova. en France ou en Nouvelle-Zélande.
Typologie On peut diviser les bioplastiques en trois grands groupes, chacun possédant ses propres caractéristiques. :
Biosourcés, non-biodégradables, comme le polyéthylène biosourcé (PE ou Bio-PE) ou les polymères de performance technique biosourcés, comme les polyamides (PA), ou les polyuréthanes (PUR) biosourcés. ; Biosourcés et biodégradables, comme l'acide polylactique (PLA), les polyhydroxyalcanoates (PHA), le poly(succinate de butyle) (PBS), ou d'autres polymères à base d'amidon ; D'origine fossile et biodégradables, comme le polybutylène adipate terephthalate (PBAT).
Acide polylactique (PLA)
vignette|Boîte en PLA. Le PLA (acide polylactique) est le bioplastique le plus commercialisé. Sa production industrielle nécessite l'usage de biotechnologies avancées. Son utilisation intervient dans différents secteurs, de l'emballage à la chirurgie. Le PLA est un bioplastique biodégradable. Par rapport aux plastiques issus de pétrole, le PLA est plus cher en moyenne ( le kilogramme) et ses propriétés techniques sont moindres par rapport aux plastiques traditionnellement issus du pétrole. Comme les plastiques traditionnels issus du pétrole ont bénéficié de décennies d'améliorations techniques par rapport à des polymères relativement récents tels que le PLA, les propriétés des formulations de PLA pourront être améliorées. Une barrière technique pour le développement du PLA est également le fait que les équipements des plasturgistes sont conçus pour les plastiques pétrochimiques. Les équipements adaptés au PLA nécessitent des investissements. Le PLA est un des plastiques les plus utilisés dans le domaine de l'impression 3D chez les particuliers.
Poly-3-hydroxybutyrate (PHB)