Notre dépendance à l'égard du pétrole pourrait diminuer Non seulement grâce aux VE, mais aussi grâce aux plastiques durables

Utiliser les cultures pour produire des plastiques durables

Lorsque nous pensons au pétrole, nous pensons principalement au carburant pour les voitures, les bateaux et les avions. Mais les produits pétrochimiques, dont une grande partie est constituée de matières plastiques ou de composants destinés à produire des matières plastiques, représentent 12% de la demande mondiale de pétrole..

La consommation de pétrole est souvent considérée comme un polluant en raison des émissions de carbone, microplastiques sont également de plus en plus préoccupantes. La production de plastique à partir du pétrole contribue à l'émission de carbone et de microplastiques.

C'est donc une bonne nouvelle que des matériaux plastiques plus durables se profilent à l'horizon.

Des chercheurs de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), SuisseL'Université des sciences appliquées et des arts de Suisse occidentale et l'Université de Manchester ont mis au point une source de plastiques durables à partir de déchets agricoles.

Plus précisément, ils ont créé des polyamides durables en utilisant un noyau de sucre dérivé de déchets agricoles.

Pourquoi les polyamides ?

De nombreux produits en plastique, comme les nylons, une sous-classe de polyamides, doivent être très durables. Pour ce faire, ils s'appuient sur une structure chimique spécifique appelée groupe aromatique.

Ces groupes aromatiques confèrent au plastique sa dureté, sa solidité et sa résistance aux températures élevées. Cependant, ils sont aussi souvent à l'origine de la non-biodégradabilité et de la toxicité des plastiques pour l'environnement.

Source : Maîtriser la chimie organique

Un polyamide utilisant un sucre organique au lieu d'un composé aromatique serait beaucoup moins toxique. L'utilisation par le polyamide de l'EPFL d'un tel sucre, qui provient de déchets agricoles, renforce encore l'aspect durable de leur découverte.

Un nouveau type de plastique

Ils ont mis au point un procédé sans catalyseur pour convertir le xylose diméthylglyoxylate, un sucre stabilisé fabriqué directement à partir de biomasse comme le bois ou les épis de maïs, en polyamides de haute qualité. Le procédé repose sur une série d'étapes, en commençant par le chauffage du matériau à 140 °C, puis à 250-260 °C.

Source : Nature.com

Le processus a également été remarquablement efficace, avec un rendement atomique de 97%, ce qui signifie que la quasi-totalité du matériau initial a été convertie en polyamides.

Le matériau obtenu a été testé pour vérifier ses propriétés chimiques et physiques.

Il s'est avéré aussi résistant, sinon plus, à la chaleur que les polyamides traditionnels à base de combustibles fossiles. Il a également obtenu de bons résultats en matière de durabilité et de résistance mécanique (résistance à la traction).

Source : Nature.com

Les chercheurs ont constaté que le matériau pourrait être sensible à l'exposition à de grandes quantités d'eau et ne pourrait donc pas être immergé. Il pourrait également être trop perméable à l'oxygène et à l'eau pour être utilisé dans des emballages alimentaires fins. Il est important de noter qu'il reste de nombreuses applications possibles.

Des plastiques durables prêts pour une utilisation industrielle

Facilité d'utilisation

Un autre facteur à prendre en compte pour les applications industrielles est la "transformabilité". Il s'agit de la facilité avec laquelle les composants bruts de la base plastique peuvent être transformés en matériaux utiles.

Les chercheurs ont démontré que leur nouveau matériau peut être utilisé pour le moulage par injection à piston et l'extrusion à double vis à haut cisaillement, deux méthodes courantes de mise en forme des matières plastiques.

Source : EPFL

Ils ont même testé ses propriétés pour l'impression 3D, en utilisant des paramètres à haute température pour produire avec succès une coque d'iPhone 11.

Source : EPFL

Recyclage

Un autre test a consisté à vérifier le potentiel de recyclage du nouveau matériau polyamide. Le plastique a été réutilisé trois fois par extrusion à double vis à haut cisaillement.

Les propriétés de traction sont restées pratiquement identiques au cours des trois cycles.

La coloration a légèrement augmenté à chaque cycle. Toutefois, si nécessaire, la couleur orange peut être entièrement évitée en modifiant le processus de production (amélioration de la purification des diamines), ce qui ne constitue donc pas un problème majeur.

Dans l'ensemble, le recyclage mécanique a montré de bonnes performances, égales ou supérieures à celles des approvisionnements en plastique existants.

Enfin, ils ont également étudié la possibilité d'un recyclage chimique comme option de fin de vie pour le plastique. Ce procédé s'appuie fortement sur des acides puissants comme l'acide sulfurique, mais il a démontré qu'il pouvait être entièrement recyclé à l'aide de produits chimiques en fin de vie.

Une alternative compétitive en termes de coûts

Pour que l'industrie adopte ce type de plastique durable (sans modification de la réglementation), son coût devra être compétitif par rapport à celui des produits chimiques à base de combustibles fossiles.

Le prix du nylon 66, le polyamide le plus courant, se situe généralement entre $3 000-7 000/tonne. Les prix du nouveau matériau se situeraient dans une fourchette similaire, même en supposant des coûts relativement élevés pour le matériau d'origine.

L'utilisation de matériaux provenant de sources moins coûteuses, comme les rafles de maïs, pourrait rendre le produit encore moins cher.

Source : Nature.com

En plus d'être compétitif en termes de prix, le nouveau matériau émet beaucoup moins de carbone et de gaz à effet de serre que les produits existants sur le marché, en particulier si l'on utilise du xylose provenant de rafles de maïs au lieu du xylose commercial.

Plastiques durables - un progrès nécessaire

De nouveaux types de bio-plastiques, comme dans cette étude, sont nécessaires pour réduire la consommation de combustibles fossiles.

Il s'agit d'une nouvelle étape, qui consiste à créer un nouveau type de molécules plastiques avec des performances similaires ou supérieures, au lieu d'essayer de recréer des produits chimiques plastiques traditionnels à partir d'une source de biomatériaux.

Le remplacement des groupes aromatiques des combustibles fossiles par des sucres biologiques n'est probablement qu'un début.

Cette approche est plus difficile, mais elle permet de créer de nouvelles fournitures en plastique qui présentent de nombreux avantages par rapport aux fournitures traditionnelles :

• Empreinte carbone réduite.
• Moins de pollution.
• Valorisation des déchets agricoles.
• Baisse potentielle des coûts ou amélioration des propriétés chimiques.

Le succès de l'équipe de l'EPFL (et de ses partenaires de recherche) devrait servir de modèle pour d'autres innovations dans l'utilisation des biomatériaux pour créer de nouveaux produits chimiques industriels utiles au lieu d'essayer de reproduire exactement les plastiques existants en utilisant des structures chimiques abondantes dans le pétrole.