Polymères biodégradables : Méthodes de mesure de la biodégradabilité

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RÉSUMÉ

L'utilisation des matières plastiques est aujourd'hui très répandue, principalement dans le secteur de l’emballage. Ces matières sont utilisées sur une période de temps très limitée, voire extrêmement courte à l’échelle du cycle de vie du matériau. Il est donc nécessaire d'améliorer la biodégradabilité de ces polymères et d'anticiper le mieux possible la fin de vie des produits. Pour cela, on prévoit la possibilité d'une décomposition naturelle du matériau, par des bactéries, des champignons ou des algues. C'est donc une alternative au mode de valorisation par recyclage (et donc de récupération d'énergie). Cet article présente à la fois les différents matériaux biodégradables (polymères naturels ou artificiels), les techniques de mise en œuvre (extrusion, injection), les méthodes de mesure de la biodégradabilité et également les applications industrielles de cette biodégradabilité.

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Auteur(s)

Guy CASTELAN : Attaché aux affaires techniques et réglementaires, PlasticsEurope (Association européenne des fabricants de polymères) -

INTRODUCTION

Le succès des matières plastiques dans des secteurs aussi diversifiés que l'emballage, la construction, l'automobile, l'électronique, le médical, les énergies nouvelles s'explique par leur capacité à offrir une palette considérable de propriétés, ajustables en variant notamment la chimie et l'organisation moléculaire des polymères. Leur optimisation technico-économique pour chaque application impose de satisfaire aux exigences réunies de toutes les étapes en aval de leur fabrication : mise en forme, distribution, usage et fin de vie. La résistance dans le temps et l'inertie par rapport à l'environnement sont parmi les qualités les plus souvent requises.

La propriété de biodégradabilité est une fonctionnalité qui concerne l'étape de fin de vie des produits. Pour certaines applications, cette alternative au mode de valorisation par recyclage, récupération d'énergie, peut se révéler avantageuse ou prometteuse. C'est le cas notamment lorsqu'une filière de valorisation par compostage organique peut être organisée (par exemple sac à déchets verts compostés), ou lorsque il est préférable d'un point de vue technique, économique et environnemental de laisser le matériau dans le sol (par exemple film de paillage agricole). La vitesse de biodégradation doit alors être réglée adéquatement en fonction des conditions de fin de vie et de façon compatible avec l'ensemble des autres propriétés exigées par les étapes précédentes.

Les polymères biodégradables peuvent être issus de ressources fossiles ou de ressources biomassiques. Dans le langage du marché, le terme « biopolymère » désigne distinctement les polymères fabriqués à partir de la biomasse et les polymères biodégradables. Des travaux de normalisation sont en cours afin de clarifier la terminologie.

Cet article n'est consacré qu'aux polymères biodégradables, indépendamment de leur origine.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

Version courante de janv. 2018 par Guy CÉSAR, Emmanuelle GASTALDI

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bio4150

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Techniques de mise en œuvre

3. Méthodes de mesure de la biodégradabilité

3.1 Tests d'étude de la biodégradabilité des polymères

Les paramètres à prendre en considération sont :

la durée ;
les conditions climatiques ;
le type de sol ;
la composition chimique du matériau ;
la toxicité ;
le compostage.

Il existe actuellement plusieurs tests permettant d'évaluer la biodégradabilité :

les tests in situ (test de terrain) : ces tests sont réalisés sur sols et dans les composts. On mesure la perte de masse des pièces laissées à l'abandon dans un champ (dépôt de surface). La figure 28 montre la perte de masse pour trois produits biodégradables tirés de l'amidon. Les mesures sont réalisées dans des conditions connues mais non maîtrisées ;
les tests in vitro ou tests de Sturm (tests de laboratoire) : on mesure la quantité de carbone consommé par la biodégradation aérobie sur sol terreux. La figure 29 montre les courbes de dégradation en fonction du temps.

Le test de Sturm repose sur une mesure de production de CO₂ , de la consommation d'oxygène ou de la croissance microbienne dans des milieux contrôlés. Le principe consiste à exposer le matériau à une source de micro-organismes ou inoculum. Certaines méthodes sont normalisées (ASTM, CEN, OCDE, JIS).

La dégradation de l'échantillon à analyser est suivie par la mesure de la quantité de dioxyde de carbone (CO₂) produite par les micro-organismes pendant la durée de l'essai. Le CO₂ produit en continu est piégé dans une solution de baryte. Un dosage titrimétrique est effectué afin de déterminer la quantité de CO₂ produit.

En France plusieurs laboratoires proposent des tests de biodégradabilité des matériaux : l'ENSIACET, le LNE, l'INERIS, le LSEH, le Cemagref