Définitions de la biodégradabilité

La notion de biodégradation ne faisait pas partie du paradigme scientifique des plastiques. Son introduction est venue se confronter avec d’autres propriétés proches, telles que la durabilité, la fragmentation ou la dégradation.

I.3.1.1.

La dégradation

La durabilité des matériaux est définie en relation à leur durée de vie. En effet, tout objet possède, par conception, des marges vis-à-vis de la défaillance ou de la perte de fonction au delà desquelles il est considéré comme désuet. La durée de vie d’un objet est donc le laps de temps entre sa mise en usage et sa mise hors service. Pour pouvoir déterminer et prévoir sa mise hors service, il faut comprendre pourquoi et comment ses propriétés initiales se dégradent sous l’effet d’une ou plusieurs contraintes. Ces contraintes peuvent être induites par l’environnement extérieur, ou bien être engendrées par la fonction même de l’objet. Pour les matériaux plastiques, les principaux processus de dégradation sont d’origine thermique, photochimique, radiochimique, biochimique, ou mécanique.

La dégradation ne doit pas être confondue avec la biodégradation qui implique des organismes vivants, le devenir des produits de cette dégradation et la notion de déchets ultimes non assimilables par le cycle biologique.

I.3.1.2.

La biodégradation

En 1992, un colloque international regroupant les experts du monde entier de la biodégradabilité s’est déroulé à Annapolis (Etats-Unis). L’objectif de ce colloque était la mise

au point de définitions, normes et tests. Il a abouti à un consensus général sur les points clefs suivants (Van der Zee 2005):

un objet manufacturé biodégradable doit relever d’un traitement particulier comme le compostage, l’épuration des eaux usées, la dénitrification, ou le traitement des boues anaérobiques.

La vitesse de dégradation d’un objet manufacturé biodégradable doit être en accord avec son retraitement et les autres composants de ce traitement dans lequel il est introduit, permettant ainsi le contrôle de l’accumulation.

Les déchets ultimes d’une biodégradation aérobique d’un objet manufacturé biodégradable doivent être le dioxyde de carbone, l’eau et les minéraux, et les produits intermédiaires font partie de la biomasse et de la matière humique.

Les matériaux doivent se dégrader de manière sûre, et sans avoir d’impact négatif sur leur procédé de traitement ; il en est de même pour l’utilisation de leurs déchets ultimes de traitement.

Les processus de biodégradation en milieu aérobique et anaérobique peuvent être représentés par les équations chimiques respectives :

minéraux sels + + + + → + résidu biomasse polymère O CO H O C C C _{2 2 2}

Équation I-10: Biodégradation d’un polymère en milieu aérobique.

minéraux sels + + + + + → résidu biomasse polymère CO CH H O C C C _{2 4 2}

Équation I-11: Biodégradation d’un polymère en milieu anaérobique

Une biodégradation sera qualifiée de complète lorsqu’il n’y a plus de trace de résidu. Les organismes de standardisation tels que l’European Committee for Standardization (CEN), l’ International Standards Organization (ISO), et l’American Society for Testing and Materials (ASTM) qui ont proposés des définitions pour la biodégradabilité des matières plastiques (Tableau I-8), ont dès lors été encouragés à mettre au point des tests normalisés de biodégradation.

Abréviation Nom Zone géographique

d’application Caractéristiques de l’organisme Définition des plastiques biodégradables

ASTM American Society

for Testing and Materials

USA/Canada Ouvert Un plastique est dit « dégradable » lorsque la dégradation résulte de

l’action naturelle des micro-organismes tels que les bactéries, les champignons et les algues.

CEN Comité Européen

de Normalisation UE et les pays de l’EFTA et la République Tchèque (EFTA : Iceland, Norway, Switzerland)

Adhésion limitée aux organismes de

standardisations nationales

Un matériau est dit « dégradable » lorsque la dégradation résulte de l’action naturelle des micro-organismes. Le matériau doit être ultimement converti en eau, dioxyde de carbone et/ou méthane et une nouvelle biomasse.

DIN Institut Allemand

de la

normalisation

Allemagne Ouvert Un matériau plastique est dit « biodégradable » si tous les composés

organiques suivent un processus complet de biodégradation. Les conditions environnementales et le taux de biodégradation doivent être déterminés par des méthodes normalisées.

ISO Organisation

Internationale de Standardisation

Le monde Adhésion limitée aux

organismes de standardisations nationales

Un plastique est dit « biodégradable » lorsqu’un changement significatif dans sa structure chimique et dans des conditions environnementales spécifiques, entraîne une perte de ses propriétés. Elles doivent être mesurées par des méthodes normalisées applicables aux matériaux plastiques et la durée de l’exposition qui détermine sa classification. Le changement de la structure chimique résulte de l’action naturelle des micro-organismes.

JIS Institut Japonais

de standardisation Japon Dépend du ministère de l’économie et de

l’industrie (MITI)

Les matériaux polymères se transforment en composés de masses moléculaires plus faibles dans au moins une étapes du processus de dégradation. Celui-ci se fait au travers du métabolisme en présence de micro-organismes.

OCDE Organisation de

coopération et de développement économiques.

Les pays membres Adhésion limitée aux

coordinateurs

nationaux de l’OCDE

Bien que le mécanisme de biodégradation soit habituellement défini comme une dégradation causée par une activité biologique, elle peut être aidée, et parfois même initiée, par un mécanisme abiotique comme la photodégradation ou une réaction d’hydrolyse, (Figure I-13).

Polymères

Fragments

H

O, biomasse, CO

et/ou CH

Métabolites

thermique, irradiation UV…), oxydation, hydrolyse Biofragmentation (bactéries, champignons, insectes…), enzymes oxydatives Et/ou Bioassimilation (digestion par micro- organismes et enzymes) Minéralisation Phase 1 Extracellulaire Phase 2 intracellulaire

Polymères

Fragments

H

O, biomasse, CO

et/ou CH

Métabolites

thermique, irradiation UV…), oxydation, hydrolyse Biofragmentation (bactéries, champignons, insectes…), enzymes oxydatives Et/ou Bioassimilation (digestion par micro- organismes et enzymes) Minéralisation

Polymères

Fragments

H

O, biomasse, CO

et/ou CH

Métabolites

thermique, irradiation UV…), oxydation, hydrolyse Biofragmentation (bactéries, champignons, insectes…), enzymes oxydatives Et/ou Bioassimilation (digestion par micro- organismes et enzymes) Minéralisation Phase 1 Extracellulaire Phase 2 intracellulaire

Figure I-13: Les deux phases essentielles de la biodégradation.