Le PLA peut-il être biodégradable ? Analyse complète du processus de production à nos mains
Dans le monde moderne où le problème du plastique sévit, le matériau PLA est considéré comme l’une des solutions écologiques. En réalité, le PLA n’est pas un nouveau matériau, dès le 20ème siècle, les humains ont commencé à l’utiliser dans des domaines spécifiques pour compenser les problèmes causés par la nature non biodégradable des plastiques dans ces domaines. Ce n’est que ces dernières années, avec les dommages environnementaux croissants causés par les déchets et les microplastiques, que les gens ont eu l’idée d’appliquer le PLA dans davantage de domaines pour remplacer complètement les plastiques. Cet article présente ce qu’est le PLA, comment il est fabriqué, ses limitations d’utilisation pratique, et propose également quelques matériaux alternatifs pour résoudre ces limitations.
Qu’est-ce que le PLA ?
Le PLA, ou polylactide, ou acide polylactique, est un polymère synthétique. Dès 1932, le scientifique Wallace Carothers de DuPont a fabriqué du PLA par chauffage sous vide, mais la technologie n’était pas mature à l’époque et le PLA n’était pas stable dans l’air humide. Après 30 années de recherche sur sa biodégradabilité et sa non-toxicité, le PLA a d’abord été utilisé dans le domaine biomédical, comme matériau pour les échafaudages et les cathéters en contact avec les tissus humains.
Dans les années 1980, les humains ont découvert que l’utilisation massive des plastiques d’origine pétrolière non biodégradables et difficiles à recycler avait un impact énorme sur l’environnement. Divers pays ont alors promulgué des interdictions sur les plastiques, en particulier les emballages alimentaires en plastique pétrolier qui occupent un grand volume dans les décharges en raison de leur utilisation intensive. Le PLA, avec sa matière première renouvelable et sa biodégradabilité, est entré dans le champ de vision du public. Par exemple, en 2015, une paille est apparue dans les narines d’une tortue, attirant l’attention sur les plastiques à usage unique. Divers pays ont successivement adopté des politiques interdisant les plastiques à usage unique et une vague de remplacement des gobelets et pailles à froid a déferlé, les fabricants adoptant le PLA pour se conformer aux réglementations.
Mais en réalité, la biodégradabilité du PLA n’est pas parfaite. Il ne se décompose rapidement que dans des environnements de compostage artificiels spécifiques, et contrairement à ce que nous imaginons, il ne se décomposera pas naturellement comme les branches mortes et les feuilles tombées. S’il est rejeté dans l’environnement, il peut prendre des dizaines d’années à se décomposer. De plus, la résistance à la chaleur du PLA n’atteint qu’environ 50 °C, sa matière première provient souvent de cultures vivrières, ce qui soulève des problèmes de concurrence alimentaire. Toutes ces limitations restreignent l’utilisation du PLA.
Comment produire le PLA
La matière première de base du PLA est l’acide lactique (AL), qui peut être obtenu par synthèse biologique ou chimique : la synthèse chimique utilise des substances toxiques comme l’acide chlorhydrique et l’acétaldéhyde, et en raison de sa non-conformité aux exigences de la plupart des applications, sa production est faible. Environ 90% de l’acide lactique sur le marché mondial est produit à partir de sucres de biomasse (fibres cellulosiques, lignine et hydrates de carbone comme l’amidon de maïs) par l’action des bactéries lactiques. La plupart des acides lactiques commerciaux utilisent des hydrates de carbone raffinés comme l’amidon de maïs comme matière première, ce qui soulève des controverses sur la concurrence avec l’alimentation humaine. Outre la production de PLA, l’acide lactique est également un ingrédient de base pour de nombreux additifs alimentaires, agents de conservation, cosmétiques et produits de soins personnels.
Une fois l’acide lactique obtenu, le PLA est principalement produit par 3 méthodes : la polycondensation directe, la polycondensation par déshydratation azéotropique et la polymérisation par ouverture de cycle du lactide. La méthode la plus largement utilisée est la polymérisation par ouverture de cycle du lactide, qui utilise des catalyseurs pour promouvoir la polymérisation de l’acide lactique, permettant de réduire la température et le temps de réaction, et donc la consommation d’énergie. Les scientifiques étudient également l’utilisation de différents types d’acide lactique et de méthodes de polymérisation pour réduire le coût de production du PLA et améliorer sa biodégradabilité.
Avantages du PLA pour notre vie
Impression 3D
Les matériaux les plus populaires en impression 3D sont l’ABS, le nylon et le PLA. Le PLA est le plus adapté pour les débutants, avec une haute résistance et rigidité, et une température de fusion/moulage plus basse, sans nécessiter d’équipement de chauffage supplémentaire. Cependant, cette caractéristique rend aussi les pièces imprimées en PLA peu résistantes à la chaleur, perdant leur solidité au-dessus de 50°C. Elles ne peuvent donc servir que pour les prototypes ou les décorations.
Applications médicales
En ajoutant de l’aluminium pour produire un composite, le PLA peut réduire les réactions allergiques et se décomposer naturellement dans le corps humain. Il est donc largement utilisé pour les attelles de fixation interne des fractures et les fils de suture. Comparé aux attelles métalliques traditionnelles et aux fils de suture en nylon ou polypropylène, ces dispositifs médicaux insérés dans le corps n’ont pas besoin d’être retirés lors d’un examen de suivi. D’autres applications médicales du PLA sont également en cours de développement, comme les greffes de pontage coronarien, les vecteurs de médicaments, le traitement du cancer, la régénération des tendons, les films antimicrobiens et les instruments chirurgicaux.
Emballages
Les emballages sont omniprésents dans notre vie quotidienne, que ce soit pour les plats cuisinés, les salades, le papier, les cadeaux ou même les produits semi-finis en usine. La plupart sont à usage unique, d’où des volumes importants. Les emballages traditionnels en plastique ou en papier posent des problèmes environnementaux, d’où le remplacement par le PLA, en particulier pour les emballages alimentaires nécessitant une transparence visuelle, comme les boîtes à œufs, les bols de salades, les boîtes à gâteaux et à viande.
Contenants de boissons froides
Les gobelets en papier ou en plastique pour les boissons à emporter peuvent être remplacés par du PLA, comme l’ont fait McDonald’s et Starbucks pour leurs gobelets et couvercles de boissons froides. Cependant, la faible résistance du PLA à la chaleur l’empêche d’être utilisé pour les boissons chaudes comme le café.
Films étanches
Au lieu de fabriquer uniquement des boîtes ou des gobelets, certains fabricants utilisent du papier comme base et enduisent la surface de PLA pour remplacer la cire ou le plastique comme film étanche, rendant les contenants en papier à la fois durables et biodégradables.
Films agricoles
Les films agricoles maintiennent la température et l’humidité du sol et suppriment les mauvaises herbes, ce qui est essentiel pour l’agriculture moderne. Mais ces films se dégradent facilement et sont difficiles à recycler, générant des déchets plastiques et des microplastiques lorsqu’ils sont en plastique traditionnel. Les films en PLA se décomposent dans le sol, fournissent du carbone supplémentaire et aident même la croissance des plantes, tout en étant pratiques et respectueux de l’environnement.
Donc, le PLA est-il biodégradable ?
La principale caractéristique du PLA est sa biodégradabilité. Étant produit à partir de l’amidon, il peut être décomposé par les micro-organismes comme le maïs dont il est issu. Cependant, le processus de polymérisation rend sa décomposition plus difficile que l’amidon ordinaire. Dans un environnement extérieur normal, sa vitesse de décomposition n’est pas beaucoup plus rapide que le plastique, nécessitant des dizaines d’années. Pour éviter que le PLA ne devienne le prochain plastique, nous devons fournir des conditions de compostage industriel optimales pour sa biodégradation (plus d’informations sur le compostage industriel ici), en contrôlant l’humidité, la teneur en oxygène et en maintenant des températures supérieures à 50°C pour une décomposition rapide.
Le seul moyen de respecter le concept écologique du PLA consiste à l’envoyer dans un système de compostage industriel. Mais attention, si le produit en PLA contient des plastiques ou d’autres composants non compostables, cela pourrait détruire l’ensemble du compost. Avant de jeter un produit en PLA dans le composteur, assurez-vous qu’il possède une certification de compostage industriel telle que le logo de compostabilité BPI. Demandez également au service municipal de gestion des déchets ou à l’entreprise en charge du compostage si leur installation accepte les produits en PLA.
Existe-t-il de meilleures alternatives au PLA ?
En raison des conditions strictes de décomposition du PLA et des controverses sur la concurrence avec l’alimentation humaine, les gens cherchent non seulement à utiliser des sucres de biomasse autres que les cultures alimentaires pour produire l’acide lactique, mais aussi activement d’autres matériaux de remplacement. L’objectif est d’obtenir des produits aussi pratiques que le PLA mais avec une meilleure biodégradabilité et des matières premières plus respectueuses de l’environnement.
La bagasse de canne à sucre
Le sucre de canne est également un hydrate de carbone raffiné, utilisé pour produire l’acide lactique et le PLA dans de nombreux pays asiatiques producteurs de canne à sucre. Mais l’extraction du sucre de la canne produit d’énormes quantités de bagasse, un résidu riche en eau, en sucre et en fibres. S’il est directement enfoui, il pourrit facilement et se décompose difficilement. La plupart du temps, la bagasse est donc brûlée, gaspillant des ressources et polluant l’air. Après plus de 30 ans de recherche sur les biotechnologies végétales, l’entreprise Renouvo transforme la bagasse résiduelle de la production de sucre, de biocarburants et d’acide lactique en un matériau similaire au PLA. Leur matériau breveté JCPFM améliore encore la biodégradabilité et la résistance à la chaleur, permettant une décomposition dans un composteur domestique à température ambiante, sans nécessiter d’installations industrielles. Il résiste également aux températures des boissons chaudes sans se déformer, élargissant ses utilisations.
Les algues
Certaines entreprises ont remarqué la croissance rapide des algues dans la mer. Elles ont installé des bassins d’algues près du littoral, permettant à des micro-organismes de décomposer certaines algues cultivées pour produire des sucres fermentescibles, puis synthétiser des polyhydroxyalcanoates (PHA). Ce matériau a des propriétés mécaniques proches du PLA, avec une résistance thermique allant jusqu’à 80°C et une excellente biodégradabilité dans un composteur domestique à température ambiante. Cependant, sa production nécessite encore main-d’œuvre et énergie supplémentaires pour obtenir les matières premières, ce qui le rend coûteux malgré une capacité de production plus faible.
Le papier
Le papier est le matériau le plus largement utilisé et dont la technologie est la plus mature, pour toutes sortes de boîtes et emballages alimentaires, sans risque de fondre à la chaleur. D’origine naturelle, il ne subit qu’un traitement de pâte à papier. Le carton ondulé et les sacs en papier kraft non teintés ni enduits sont même listés par l’EPA américaine comme des matériaux bruns acceptables pour le compost domestique, avec une excellente biodégradabilité. S’ils proviennent de forêts gérées durablement, ils constituent un matériau très durable. Le seul inconvénient du papier est qu’il n’est pas étanche à l’eau. Pour remplacer le PLA, il faut donc choisir soigneusement un revêtement imperméable comme le JCPFM ou le PHA, et non le PLA difficilement biodégradable ou les PFAS potentiellement nocifs.
Comment considérer le PLA ?
Le PLA est une alternative au plastique bien intentionnée, avec des propriétés similaires mais une meilleure biodégradabilité. Cependant, cette biodégradabilité nécessite des systèmes de compostage industriels conçus par l’homme. Si de telles installations existent près de chez vous, n’hésitez pas à utiliser les produits en PLA certifiés industriellement compostables, mais veillez à bien les trier pour qu’ils soient acheminés vers le compostage industriel après usage.
S’il n’y a pas d’installations de compostage industriel acceptant le PLA près de chez vous, considérez-le simplement comme un plastique à base végétale et réduisez son utilisation autant que possible. Préférez les matériaux encore plus biodégradables comme ceux à base de bagasse de canne à sucre de Renouvo, de PHA d’algues ou le papier non traité.