Chapitre III : Composites à matrice amidon/polyvinylalcool et renfort fibres de bambou
1. Polymère biodégradable
A l’heure actuelle, le développement de plastiques issus de matières premières renouvelables, respectant l’environnement et démontrant un équilibre coût/performance optimum est devenu une nécessité.
Au-delà de leur impact environnemental en raison de leurs capacités de dégradation, les matériaux biodégradables séduisent aussi parce qu’ils offrent des propriétés physiques et des caractéristiques mécaniques intéressantes : perméabilité (faible barrière à la vapeur d’eau - un atout pour laisser respirer les fruits et légumes, le pain et les fromages), aptitude à protéger l’aliment,
barrière aux UV [153].
La biodégradation est un processus naturel par lequel les produits chimiques organiques dans l'environnement sont convertis en composés plus simples, minéralisés et repartis dans les cycles élémentaire comme ceux des carbone, azote et soufre. La biodégradation ne peut se produire que dans la biosphère car les micro-organismes jouent un rôle central dans le processus de biodégradation. Il s'agit d'un processus par lequel les bactéries, les champignons, les levures et leurs enzymes consomment une substance comme une source de nourriture, en conséquence sa forme originelle disparaît. Dans des conditions appropriées d'humidité, de température et d’oxygène, la
biodégradation est un processus assez rapide [154].
Le procédé de biodégradation d’un matériau polymère après son utilisation se divise en 2 phases essentielles [153] :
- Une phase de détérioration physico-chimique : mécanique (broyage), irradiation UV, thermique (pasteurisation) et/ou une phase de biofragmentation par des bactéries, champignons, insectes … . Cette première phase a pour objectif d’accroître la surface de contact du polymère avec les microorganismes.
- La seconde phase se décompose en une étape de bioassimilation (digestion par microorganismes et enzymes) qui donne naissance à des métabolites qui seront minéralisés en
1.2. Classification des polymères biodégradables
Parmi les matériaux biodégradables issus de ressources renouvelables [155, 156] se trouvent :
- Les polymères naturels : Ce sont des matériaux synthétisés par les êtres vivants comme les végétaux, les animaux et les micro-organismes. On trouve par exemple les polysaccharides (amidon, celullose, agar, alginate, pectine, gomme, lignine, chitine), les protéines (gélatine, protéines de soja, caséine, gluten, blé, soie et laine), ou encore les lipides (de source végétale ou animale).
- Les polymères issus de la fermentation par des bactéries (polyesters tels que le PHB (Poly Hydroxy Butyrate), le PHV (Poly Hydroxy Valérate) et le PHBV (3 Poly Hydroxy Butyrate 3 Hydroxy Valérate)).
- Les polymères synthétiques fabriqués par polycondensation de monomères naturels : obtenus également par la voie fermentaire, on les appelle polymères synthétiques ou chimiosynthétiques en raison de leur mode de fabrication. En effet, celui-ci consiste en une polycondensation (chauffage) de monomères naturels ou identiques aux naturels. (polyesters comme le poly Acide Lactique).
1.3. Critères d’utilisation des polymères biodégradables
La norme EN13432 [156] spécifie les exigences de biodégradabilité des emballages et les tests
à mettre en oeuvre pour évaluer leur transformation sous forme de compost. Quatre critères de
compostabilité sont pris en compte [156, 157].
Le premier critère porte sur les caractéristiques des matériaux et fixe la composition en matière organique (au minimum 50%) et la concentration maximum pour 11 métaux lourds (Tableau 3.1). Métal ppm Métal ppm Zn < 150 Pb < 50 Cu < 50 Hg < 0,5 Ni < 25 Cr < 50 Cd < 0,5 Mo < 1 Se < 0,75 As < 5 F < 100
Tableau 3.1 : Concentration maximum en métaux lourds selon la norme EN13432.
de CO2 dégagé et ISO 14851 par mesure d’O2 absorbé [156]. Le seuil acceptable de biodégradabilité est de 90% sur une période maximum de 6 mois.
Le troisième critère considère les produits finaux et la désintégration, c’est-à-dire l’aptitude du matériau à se fragmenter. La désintégration est évaluée par compostage en essai pilote (ISO FDIS 16929). La masse de fragment retenue sur un tamis de 2 mm ne doit pas dépasser les 10 % de la masse initiale du matériau après 12 semaines.
Le dernier critère est axé sur la qualité de compost. Il est évalué par la mesure des paramètres physicochimiques (masse volumique, teneur en solide, etc.) et des tests d’écotoxicité.
1.4. Les applications
Trois grands créneaux d’applications sont identifiés par rapport aux propriétés des biopolymères : la médecine, l’agriculture et les emballages.
En médecine et pharmacie, les applications actuelles des polymères biodégradables comprennent notamment les implants chirurgicaux en chirurgie vasculaire et orthopédique. Les polyesters biodégradables sont largement utilisés comme structure poreuse en ingénierie tissulaire, car ils ont généralement une bonne résistance et une vitesse de dégradation réglable. Les polymères biodégradables sont également utilisés comme matrices implantables pour la libération contrôlée de médicaments dans le corps ou en tant que fils résorbables. Ils sont utilisés aussi dans certains
dispositifs thérapeutiques comme par exemple les prothèses temporaires. [158, 159]
Dans le domaine de l’agriculture, les films de paillage à base de biopolymères s’imposent progressivement en remplacement des paillis en polymères conventionnels. Leur fonction principale est de réduire l’évaporation de l’eau et d’accroître la température du sol pour favoriser la croissance des jeunes plantes au printemps. Une autre application intéressante repose sur la production des bandes d’ensemencement. Il s’agit de bandes qui contiennent les semences réparties régulièrement ainsi que des nutriments. Elles se biodégradent dans le sol au fur et à mesure que les semences germent et s’enracinent. Ainsi les paillis en polymères biodégradables évitent le ramassage et le traitement des déchets puisqu’ils se dégradent in situ. Les polymères biodégradables sont utilisés aussi dans l'horticulture comme filets, attaches, sacs d'engrais, enveloppes d'ensilage et récipients jetables. En agriculture marine, les biopolymères sont employés pour confectionner les cordes et les filets de pêche. [156, 160]
et légumes, sandwicherie, boulangerie,…En ce qui concerne l’emballage non alimentaire, des films transparents sont proposés pour emballer les papiers toilettes, les produits de grande consommation, etc.