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14-11-2019

Plastiques biodégradables, compostables, biosourcés : ces nouveaux matériaux ont meilleure presse, mais leurs vertus écologiques laissent parfois à désirer.

L’usine de Bosk a de quoi faire pâlir d’envie bien des patrons. Ici, la main-d’œuvre a toutes les qualités : peu chère, efficace, discrète, elle ne connaît ni l’absentéisme ni les revendications syndicales. Car les ouvriers sont en fait des bactéries : elles sont des milliards à s’affairer dans de grandes cuves en inox pour fabriquer le plastique de demain.

Nous sommes dans l’une des usines-laboratoires de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) à Québec, devant trois «bioréacteurs» de 2 000 L reliés par un enchevêtrement de tuyaux en métal. C’est dans cette installation que l’entreprise Bosk rode son procédé de production avant de bâtir une usine à plus grande échelle au courant de l’année 2020. Son produit phare : le PHA (pour « polyhydroxyalkanoate »), un polymère bactérien qui constitue un excellent substitut de nombreux plastiques traditionnels.

« Le PHA est entièrement compostable. C’est un des rares plastiques à se dégrader rapidement dans différents milieux naturels, comme le sol ou les océans », indique avec enthousiasme Laurence Boudreault, directrice générale de Bosk Bioproduits.

La recette est assez simple, même s’il a fallu des années de recherche à Rajeshwar Dayal Tyagi, spécialiste en génie biochimique au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS, pour la mettre au point. Dans les cuves chauffées, des bactéries soigneusement sélectionnées sont mélangées avec des boues papetières, ces déchets riches en carbone issus de la fabrication du papier. « Les bactéries croissent pendant trois ou quatre jours dans les bioréacteurs en se nourrissant du carbone des boues. Elles stockent une partie de ce carbone sous forme de PHA pour se constituer des réserves. Quand elles ont épuisé le substrat, les granules de polymère peuvent représenter jusqu’à 90 % de leur poids sec », explique le professeur Tyagi, qui travaille sur le procédé avec Bosk.

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Dans cette usine-laboratoire de l’INRS, Bosk rode son procédé de production de PHA. Les grandes cuves sont des bioréacteurs dans lesquels les bactéries « digèrent » les boues papetières. Photo: INRS/Sylvain Perrier

Telles de minuscules alchimistes, les bactéries convertissent ainsi les déchets en précieux plastique, lequel est ensuite récupéré par lavage et centrifugation. « On compte construire l’usine à proximité d’une papetière pour valoriser ces boues dont l’industrie ne sait pas quoi faire », mentionne Laurence Boudreault. En attendant, la jeune femme a démarché des plasturgistes pour trouver un marché à son PHA : il servira notamment à fabriquer des pots de crème cosmétique. Une fois vides, ces pots pourront se biodégrader en moins de trois mois, dans un composteur ou un dépotoir, ne laissant aucune trace tangible de leur passage sur terre.

Ce qui est loin d’être le cas de tous les plastiques, et c’est peu de le dire. On estime qu’un sac d’épicerie met plus de 20 ans à se décomposer dans la nature ; une tasse à café en polystyrène, un demi-siècle ; une bouteille d’eau ou un filet de pêche, jusqu’à 500 ans. Si bien que le plastique, à l’état plus ou moins morcelé, est omniprésent, depuis la fosse des Mariannes, à 11 km sous l’océan, aux étendues vierges de l’Arctique en passant par les sommets des Alpes et par tous les cours d’eau de la planète.

Face à cette invasion, et au désamour grandissant de la population pour ces déchets quasi indestructibles, de nombreuses industries tentent par tous les moyens de « verdir » leurs emballages. « Aujourd’hui, le public est prêt à payer un peu plus cher pour un emballage compostable », assure Laurence Boudreault, qui voit les mentalités − et le marché − évoluer à la vitesse grand V.

Pour faire du PHA, on pourrait utiliser des résidus de la culture du cacao, des noix de cajou, de la mélasse, n’importe quelle biomasse en fait. Les possibilités sont infinies.

Rajeshwar Dayal Tyagi, spécialiste en génie biochimique au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS

Beaucoup succombent aux charmes des plastiques produits à partir de matières végétales, comme le PHA, parés d’une aura plus écologique que les plastiques issus des hydrocarbures. Ces «bioplastiques», qui ont longtemps été laissés sur la touche pour des raisons de coût (de 3 à 10 fois plus élevé), ne cessent de gagner des parts de marché, même s’ils ne représentent encore que 1 % de tous les plastiques produits. Selon l’association European Bioplastics, ce marché devrait croître de 24 % d’ici à 2023, principalement dans le secteur de l’emballage.

Preuve que le vent tourne, même les géants se mettent au vert. Coca-Cola a lancé dès 2009 sa PlantBottle, partiellement faite avec de la canne à sucre ; Danone et Nestlé ont fondé un consortium en 2017 pour mettre au point des bouteilles d’eau issues entièrement de ressources durables ; BASF, le numéro un mondial de la chimie, produit une capsule de café compostable à base de maïs.

Le PLA est présenté comme totalement biodégradable. En réalité, il ne se dégrade qu’à haute température en présence d’enzymes spécifiques. Photo: Shutterstock

Mensonge et confusion

Une bonne nouvelle pour l’environnement ? Malheureusement, l’équation n’est pas si simple… et elle cache parfois une stratégie d’écoblanchiment. « Le terme bioplastique prête vraiment à confusion. Il n’y a encore aucune norme : les vendeurs utilisent les mots qu’ils veulent », dénonce Marc Olivier, chercheur en gestion des matières résiduelles au Centre de transfert technologique en écologie industrielle à Sorel-Tracy.

Ainsi, le mot bioplastique peut désigner autant des matières faites à base de plantes (biosourcées) que des plastiques biodégradables. Or, un plastique fabriqué avec des végétaux n’est pas forcément biodégradable, c’est-à-dire assimilable par des microorganismes, et encore moins compostable, même si certains, comme le PHA, le sont. À l’inverse, certains bons vieux plastiques issus de la pétrochimie sont biodégradables. Vous suivez ?

En fait, sur le marché, plus de la moitié des plastiques biosourcés ne sont pas biodégradables. Certains sont tout à fait identiques, sur le plan moléculaire, aux plastiques issus du pétrole. On fabrique ainsi du polyéthylène téréphtalate (qui entre dans la composition des bouteilles d’eau) et du polyéthylène biosourcés aussi coriaces que leurs équivalents pétrochimiques.

Quant aux plastiques qui se targuent d’être biodégradables, eux aussi réservent quelques surprises… Richard Thompson l’a constaté au terme d’une expérience édifiante présentée en 2019 dans la revue Environment Science & Technology. Ce spécialiste en biologie marine, qui dirige l’International Marine Litter Research Unit à l’Université de Plymouth, en Grande-Bretagne, a comparé les façons dont se dégradent cinq types de sacs d’épicerie : deux sacs dits « oxodégradables » (qui contiennent un additif censé accélérer leur détérioration), un sac biodégradable, un sac compostable et un sac classique. Un spécimen de chaque type a été laissé à l’air libre, enterré dans le jardin de l’Université ou plongé dans de l’eau de mer. Au bout de trois ans, tous les sacs étaient encore bien là (sauf le compostable immergé). Pire, plusieurs étaient encore suffisamment intacts pour supporter le poids de provisions.

« Nous avons été surpris, même si nous savions que les normes de biodégradabilité sont établies en laboratoire et pas en milieu naturel. En général, les sacs biodégradables ou compostables le sont, mais dans des composteurs industriels, à 50-60 °C, avec un taux d’humidité et un pH qui ne correspondent à aucun environnement réel. Cela peut donner aux gens la fausse impression qu’ils sont inoffensifs et que ce n’est pas grave s’ils se retrouvent dans la nature », déplore Richard Thompson.

Prenons l’exemple de l’acide polylactique (PLA), l’un des plastiques dits compostables les plus en vogue et qui est utilisé notamment pour fabriquer de la vaisselle jetable. Il ne se dégrade qu’à haute température et en présence d’enzymes spécifiques. S’il aboutit dans l’océan, il y persiste très, très longtemps. « Il faut imposer aux fabricants de préciser dans quelles conditions leur emballage est dégradable », affirme M. Thompson, d’autant qu’on ne trouve pas de composteurs industriels partout.

Réduire l’empreinte carbone

Il n’empêche, l’idée de remplacer les hydrocarbures par des plantes est plutôt pertinente. Car en termes d’émissions de gaz à effet de serre, qu’y a-t-il de pire que l’extraction de pétrole et de gaz, dont environ 6 % servent à la production de plastique ? À eux seuls, d’ici 2050, les gaz à effet de serre issus de la plasturgie pourraient gruger 15 % du « budget carbone » à ne pas dépasser pour limiter le réchauffement global à 1,5 °C, selon une récente analyse parue dans Nature Climate Change.

« Les plastiques biosourcés ont l’avantage d’être “carboneutres”, même si bien sûr la carboneutralité totale n’existe pas. L’idée est d’utiliser de la biomasse actuelle qui aurait, de toute façon, émis du CO2 en fin de vie. On ne fait qu’emprunter le carbone qui retourne ensuite dans l’atmosphère, comme il l’aurait fait naturellement, plutôt que d’extraire des ressources fossiles », explique Marc Olivier.

Mais les conditions dans lesquelles on produit cette biomasse ont leur importance, ajoute-t-il. Pour l’instant, la majorité des plastiques biosourcés, dont le PHA, sont fabriqués à base de canne à sucre, de betterave, d’amidon de maïs et de pomme de terre ou d’huiles végétales. Les polymères sont synthétisés par fermentation bactérienne des sucres ou des lipides ou par divers processus chimiques.

Même si, pour l’instant, la part des terres agricoles consacrées à la production de plastique est infime (0,02 %), d’aucuns estiment que faire pousser des plantes comestibles à grand renfort de pesticides pour les transformer en sacs et autres bouteilles en plastique est une aberration. D’où la percée, encore marginale, du plastique de nouvelle génération, conçu à partir de toutes sortes de déchets. Comme les boues papetières, que le Québec génère en grande quantité.

Les déchets comme matière première

Rajeshwar Dayal Tyagi, spécialiste en génie biochimique au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS. Photo: INRS/Sylvain Perrier

Bosk n’est pas la seule entreprise à surfer sur ce créneau. En Californie, la jeune pousse Full Cycle Bioplastics produit du PHA bactérien à partir de résidus fibreux issus de l’alimentation, des jardins et de l’agriculture. Partout, entreprises en démarrage et équipes de recherche travaillent avec de la sciure de bois, des graisses animales, des plumes de volaille, de l’huile de friture… « On pourrait utiliser des résidus de la culture du cacao, des noix de cajou, de la mélasse, n’importe quelle biomasse en fait. Les possibilités sont infinies », s’enthousiasme Rajeshwar Dayal Tyagi à l’INRS.

Audrey Moores, elle, a jeté son dévolu sur les crustacés. Cette chimiste de l’Université McGill travaille sur le chitosan, fabriqué à partir de la chitine, un polymère naturel qui compose la carapace des insectes et des crustacés. « Le chitosan est actuellement employé dans certaines applications médicales, car il a des propriétés antibactériennes et il est biodégradable, fait observer la chercheuse. Le marché augmente chaque année. » L’été dernier, elle a été sollicitée par un parc en Nouvelle-Écosse aux prises avec une espèce envahissante de crabes. « La direction cherche désespérément à valoriser les crabes éliminés », dit-elle, précisant qu’on pourrait récupérer de quatre à six millions de tonnes de coquilles de crustacés dans le monde annuellement.

Le hic, c’est que le procédé actuel de transformation de la chitine en chitosan est nocif pour l’environnement. Qui dit bioplastique ne dit pas forcément chimie verte ! « Cela requiert de grandes quantités de soude caustique et d’eau, sous forme de liquide chauffé à 100 °C très corrosif. Traiter les effluents demande beaucoup d’énergie et de ressources. On a réussi à effectuer cette transformation en utilisant de la soude en poudre, à sec. C’est beaucoup moins polluant et les molécules de chitosan qu’on produit sont plus longues et donc plus robustes que celles actuellement sur le marché », souligne-t-elle.

Des additifs à revoir

Rendre le plastique plus écologique d’un bout à l’autre de sa vie n’est donc pas une mince affaire. D’autant que d’innombrables additifs sont ajoutés aux polymères de base, y compris biosourcés, pour rendre la matière finale plus souple, plus stable, plus colorée ou moins friable. On parle ici de retardateurs de flammes, d’agents gonflants, de bisphénol A, de phtalates, tous des composés à la réputation parfois douteuse pour ce qui est de leurs effets sur la santé humaine et la santé animale. Au total, plus de 4 000 additifs sont employés dans le secteur des emballages.

Quand un objet en plastique se retrouve dans l’eau ou dans un champ, ce sont ces additifs qui sont libérés en premier. « Ils ne sont pas chimiquement liés au polymère, donc ils sont lessivés et peuvent se dégrader en molécules toxiques et persistantes », explique Milan Maric, professeur de génie chimique à l’Université McGill. Il s’attelle à mettre au point des additifs verts, non perturbateurs endocriniens, pour remplacer les plastifiants dans le PVC. Ces derniers représentent parfois 30 % de la matière finale (utilisée pour faire des tuyaux flexibles notamment).

De son côté, Bosk s’est alliée au Conseil national de recherches du Canada pour dresser une liste d’additifs non toxiques et qui ne compromettraient pas la compostabilité du produit final. L’entreprise a aussi élaboré une méthode d’extraction du PHA qui minimise l’utilisation de produits chimiques et elle commence à étudier, avec l’INRS, la possibilité de recycler son polymère. Car, pour ajouter une couche de complexité au tableau, les plastiques biosourcés ne sont pas tous recyclables dans le système actuel et certains peuvent même entraver le recyclage des plastiques traditionnels. Que faire, par exemple, d’une bouteille vide composée de 30 % de matière biodégradable ?

La mode des bioplastiques serait-elle une fausse bonne idée ? « Je pense que les plastiques biodégradables font partie de la solution, mais seulement pour certains usages. Prenons un stade de football dans lequel 50 000 personnes utilisent de la vaisselle jetable : celle-ci pourrait être compostable et récupérée sur place, dans un circuit fermé », illustre Richard Thompson. Pour lui, la vraie solution durable réside dans le recyclage des plastiques existants. Et dans la fin du tout jetable : on estime que 40 % des plastiques ont une durée de vie utile inférieure à un an.

Une opinion que partage Marc Olivier, du Centre de transfert technologique en écologie industrielle. « Fabriquer des matières plastiques à courte durée de vie est une hérésie totale. Or, beaucoup de plastiques biodégradables sont des plastiques à usage unique… Il y a peut-être des applications où cela a du sens, mais si l’on veut diminuer notre empreinte environnementale, il faut surtout allonger le cycle de vie des produits », affirme-t-il. Et de déclarer que c’est seulement si l’on parvient à s’en servir intelligemment que le plastique redeviendra, selon lui, l’une des inventions les plus utiles et révolutionnaires qui soient.

Increvable plastique

Tous les plastiques finissent par se dégrader, mais le processus peut prendre plusieurs siècles.

Pourquoi ces matériaux, pourtant composés essentiellement de carbone et d’hydrogène, sont-ils si tenaces ? « À partir du moment où une molécule n’existe pas dans la nature, il n’y a pas forcément de microorganismes et d’enzymes capables de la dégrader », dit Audrey Moores, chimiste à l’Université McGill.

Pour tous les plastiques, la première étape de dégradation est physique : le matériau va se fissurer, notamment sous l’effet du rayonnement UV et de l’eau, puis se fragmenter. Les microplastiques dans l’océan en sont à ce stade.

Une fois les fragments suffisamment petits, la dégradation biologique entre en scène : bactéries et champignons digèrent les chaînes grâce à leurs enzymes (internes ou sécrétées) et « minéralisent » le composé en gardant ce qui est nécessaire à leur croissance et en rejetant de l’eau, du dioxyde de carbone et du méthane.

Les plastiques biodégradables possèdent différentes propriétés qui accélèrent ces étapes : des chaînes de polymères plus courtes, la présence de liaisons chimiques « attaquables » par l’eau et les bactéries ou une certaine similarité avec des polymères naturels comme la chitine, qui peuvent être dégradés par des microorganismes adaptés.

La biodégradation d’un matériau dépend toujours des conditions dans lesquelles il se trouve : température, humidité, pH et présence ou non des microorganismes adéquats. C’est ce qui explique qu’un plastique biodégradable ne tombera pas en lambeaux au bout de deux jours dans votre cuisine. Et ce qui justifie qu’il ne doit, en aucun cas, être abandonné dans la nature.

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