La recherche sur les bioplastiques fait face à deux défis principaux.
Les plastiques sont des polymères formés par la répétition de monomères, leurs unités de base. Parmi les plus courants, on trouve le polyéthylène téréphtalate (PET, utilisé dans les bouteilles) et le polystyrène expansé (isomo). Ces monomères, comme le styrène, s'enchaînent via un procédé de polymérisation.
Les bioplastiques se définissent soit par leur origine biologique, soit par leur biodégradabilité dans des conditions réalistes (nature ou compostage). Contrairement aux plastiques conventionnels, inertes et issus de combustibles fossiles (pétrole/gaz), certains bioplastiques sont à la fois biodégradables et renouvelables, comme l'acide polylactique (PLA). Ce dernier provient de matières végétales (sucre de canne, betterave ou maïs), renouvelables saisonnièrement et absorbant du CO2 lors de leur croissance. L'impact sur les sols et la durabilité de la production doit toutefois être évalué. Les analyses de cycle de vie indiquent que le PLA émet moins de CO2/kg que les plastiques traditionnels (Groot & Boren, Int J Life Cycle Assess, 2010), bien que d'autres études soient nécessaires.
Les principaux défis des bioplastiques résident dans le coût de production et l'adaptation des propriétés à des usages spécifiques. Durant ma thèse de doctorat à la KU Leuven sous la direction du Prof. Bert Sels, nous avons développé des procédés chimiques alternatifs pour produire du PLA de manière plus simple, verte et économique. La production actuelle implique plusieurs étapes coûteuses : d'abord, formation d'un pré-plastique à partir d'acide lactique à haute température et basse pression ; ensuite, sa dépolymérisation en lactide, le véritable monomère du PLA, avant polymérisation finale.
Nous avons conçu un procédé en une étape convertissant directement l'acide lactique en lactide, sous conditions douces (100 °C de moins, pression atmosphérique). Le secret ? Une zéolithe comme catalyseur : ces minéraux poreux, aux canaux d'environ 0,5 nm, confinent les molécules qui réagissent sélectivement aux sites actifs internes. Ce principe de sélectivité de forme, issu de la pétrochimie, évite la formation du pré-plastique. Financé par le FWO, ce travail illustre la synergie entre chimie industrielle et biotechnologie (fermentation lactique). Breveté par la KU Leuven, il a été acquis par une entreprise chimique.
Le PLA ne remplacera pas tous les plastiques (ex. : tuyaux d'évacuation). Mais pour les applications adaptées (imprimantes 3D), il pourrait devenir plus abordable et écologique. Remplacer partiellement les plastiques classiques est une avancée, sans pour autant encourager leur abandon dans l'environnement. Tous les PLA ne se dégradent pas rapidement en milieu aquatique, mais ils le font en compostage industriel (ex. : emballages alimentaires dans le bac vert) et sont recyclable en acide lactique. Nos recherches actuelles visent à modifier le PLA via additifs pour plus de résistance ou une meilleure dégradabilité en eau.
Le recyclage des plastiques progresse mondialement (Carey, PNAS 2017). Réutiliser (sacs) et trier (sacs roses pour plastiques souples à Louvain) sont essentiels. Mieux prévenir que guérir : éviter les suremballages inutiles (ex. : films plastiques sur concombres ou gâteaux).
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