Introduction
Les plastiques conventionnels (issus de ressources pétrochimiques) ont connu un essor important à la suite de la révolution industrielle. Leur production annuelle excède les 350 millions de tonnes et entraine des rejets massifs de CO2 dans l’atmosphère[1][2]. Omniprésents dans notre quotidien, ils sont devenus l’une des sources de pollution majeure dans les écosystèmes. Entre 1950 et 2015, moins de 10 % des déchets plastiques totaux ont été recyclés, l’autre part ayant été rejetée dans l’environnement ou enfouie[3][4][2]. Des études récentes ont également montré qu’ils pourraient avoir des effets délétères sur la santé des êtres vivants, dont celle de l’homme[4]. Les prises de conscience environnementales, conjointement à l’épuisement des ressources fossiles, ont incité les politiques à prendre des mesures gouvernementales pour limiter leur usage. En France, la loi n°2020-105 du 10 février 2020, relative à la lutte contre le gaspillage et à l’économie circulaire, prévoit l’interdiction de la vente des plastiques à usage unique d’ici 2040 (Art. L. 541-10-17). Cette mesure incite également à la recherche et au développement de « substituts ou alternatives sains, durables, innovant et solidaires » (TREP1902395L, Art. 8). Ces réglementations ont conduit les industriels à chercher des solutions alternatives, comme les bioplastiques. Ce terme générique regroupe les plastiques biosourcés (produits à partir de matériel biogénique) et les plastiques biodégradables[2]. En 2019, la production de bioplastiques était estimée à 2,1 millions de tonnes[2]. En 2024, elle devrait atteindre les 2,43 millions de tonnes. Il parait donc nécessaire de questionner leur innocuité sur l’environnement. Cette synthèse reprend différents articles et revues récentes pour tenter d’apporter un regard éclairé sur cette controverse.
I. Bioplastiques : une alternative fiable et durable
Historique
Dans les années 1940, les plastiques synthétiques se sont répandus dans la société grâce à leurs propriétés exceptionnelles (robustesse, transparence, flexibilité et durabilité) qui, couplées à leur faible coût, leur ont permis de remplacer les matériaux utilisés jusqu'alors (papier, verre, métal)[5]. En 2015, la production de plastiques issus de la pétrochimie atteignait 300 millions de tonnes, avec 34 millions de tonnes de déchets plastiques produits chaque année, dont 93% rejetés dans les océans et les décharges[3][5]. Les bioplastiques ont été produits pour la première fois dans les années 50s, avec un regain dans les années 1980s[2]. Leur production à l’échelle industrielle a débuté dans les années 2000. En 2019, la production de bioplastiques était estimée à 2,1 millions de tonnes[2]. Les plus utilisés sont à base d’acide poly-lactique (PLA) ou à base d’amidon, représentant respectivement 47 % et 41 % de l’utilisation globale. Les autres biopolymères les plus représentés sont le polyhydroxyalcanoates (PHA), l’amidon thermoplastique (TPS), le bio-polyéthylène (Bio-PE), le bio-polyéthylène téréphtalate (Bio-PET), et les polyesters de cellulose.
Fabrication
Les bioplastiques peuvent être divisés en deux groupes selon l’origine des ressources utilisées : renouvelables ou fossiles[2], mais aussi en trois générations : (1) dérivant directement de matières premières alimentaires renouvelables incluant l’amidon de maïs et la canne à sucre ; (2) provenant principalement de monomères extraits des sous produits de la première génération, comme les pelures et les écorces ; (3) impliquant des microorganismes pour source, comme les algues ou des polymères microbiens modifiés.
Actuellement, il existe quatre méthodes pour produire les bioplastiques[2] :
Le marché des bioplastiques est limité par l’imitation des propriétés spécifiques des plastiques conventionnels[2]. Les biopolymères doivent avoir des propriétés mécaniques, chimiques et physiques similaires aux plastiques conventionnels (e.g. résistance à la traction, à l’élongation, élasticité, résistance aux UV, etc). La faible résistance mécanique des bioplastiques est la plus limitante. Pour y pallier, des fibres synthétiques, de verre ou de carbone par exemple, peuvent être ajoutées lors de la fabrication, mais elles réduisent leur biodégradabilité, limitant l’intérêt environnemental[2]. En moyenne, la production des bioplastiques requiert moins d’énergie que les plastiques conventionnels (57 MJ/kg contre 77 MJ/kg), mais leurs coûts de production sont plus élevés (2-6 €/kg contre 1,2€/kg)[2]. Karan et al.[4] suggèrent que l’avenir de la production des bioplastiques se situe dans l’utilisation de microalgues et cyanobactéries via la photosynthèse. Cette méthode nécessiterait moins d’espace, n’utiliserait pas de terres agricoles nécessaires à l’alimentation humaine et permettrait de produire des bioplastiques entièrement biodégradables.
Usages
Depuis leur développement, les bioplastiques se sont répandu dans de nombreux secteurs et ont désormais de multiples applications en fonction de leur source[2]. Ils sont majoritairement utilisés pour l’emballage, mais sont retrouvés également les polymères[2] :
Les bioplastiques à usage unique sont généralement issus des PLA, PHA, d’amidon ou de cellulose[2].
II. Impacts environnementaux
Utilisation des ressources
Contrairement aux plastiques conventionnels, la plupart des bioplastiques sont issus de matières premières renouvelables (maïs, canne à sucre, soja, etc) et possèdent une plus faible empreinte carbone[6]. En effet, le carbone utilisé pour la production de bioplastiques provient de la séquestration de CO2 atmosphérique par les plantes pour leur croissance. Ainsi, lorsque ces plastiques sont détruits soit le carbone est réutilisé pour former d’autres bioplastiques, soit il est libéré. Toutefois, ces émissions ont un impact moindre puisqu’il ne s’agit pas de carbone supplémentaire ajouté à l’atmosphère[6][7]. Au total, la production de bioplastiques réduit les émissions de gaz à effet de serre, ainsi que la consommation d’énergie et d’eau[8][6]. Néanmoins, leur production entre en compétition, notamment pour l’espace, avec les cultures agricoles pour l’alimentation[6].
Biodégradabilité
Les bioplastiques peuvent être dégradés. Cette dégradation dépend à la fois de la composition du polymère, de la présence de copolymères, de la taille et de la forme du polymère, des conditions environnementales (température, pH, humidité, etc)[3] et de la composition et de l’abondance de la communauté microbienne[9]. Ainsi la biodégradabilité des bioplastiques est variable dans les écosystèmes naturels. Elle peut être rapide dans les écosystèmes terrestres (compost, terres agricoles). En revanche les écosystèmes aquatiques, ne possèdent pas les communautés capables de dégrader ces polymères, rendant leur dégradation plus lente, et influençant de façon plus importante ces écosystèmes[10].
Impacts sur les organismes et les écosystèmes
Les bioplastiques peuvent avoir des impacts importants sur l’assemblage des communautés, sur les cycles biogéochimiques et sur le fonctionnement des écosystèmes. En effet, il a été montré que le PLA pouvait diminuer la capacité d’oxydation du NO2- de la communauté microbienne lors de sa dégradation dans des sols agricoles[9]. Dans les écosystèmes aquatiques les bioplastiques se dégradent lentement et peuvent mener à la production de microplasiques[11]. Ces microplastiques issus de bioplastiques ne possèdent pas les mêmes communautés microbiennes associées que les plastiques conventionnels et peuvent modifier le cycle du souffre dans les océans[12]. Ces microplastiques engendrent chez les organismes les ingérant un stress oxydatif, des inflammations. Ils servent aussi de voie de contamination pour les polluants qui s’y adsorbent. Tous ces mécanismes peuvent alors conduire à impacter des espèces ingénieurs des écosystèmes et ainsi dérégler le fonctionnement des écosystèmes[11]. Néanmoins les études étudiant les impacts écotoxicologiques des bioplastiques sont encore peu nombreuses.
III. Enjeux et défis
Traitement des déchets
Plusieurs des articles analysés sont des reviews synthétisant les travaux menés sur la partie finale du cycle de vie des bioplastiques. Le traitement des déchets est une étape à anticiper dans la perspective d’un remplacement des plastiques conventionnels par les bioplastiques[8]. Les travaux en question comparent à quel degré et dans quelles conditions se fait l’élimination des plastiques entre différents procédés. Il en ressort que par rapport aux conventionnels, le recyclage mécanique du PLA et du Mater-Bi permet de réduire les émissions de GES et l’utilisation d’énergie[13][8]. Il apparaît que le recyclage est la meilleure solution d’élimination des bioplastiques en termes de GES, mais il est limité à un certain nombre de cycles au-delà duquel le matériau perd ses qualités mécaniques. Pour l’élimination finale, les industriels peuvent se tourner vers le compostage aérobie ou la digestion anaérobie[14]. Dans ces conditions une hydrolyse initiale à haute température est nécessaire pour que les polymères soient accessibles aux microorganismes qui les digèrent[7].
Certifications et normes
Plusieurs articles analysés se basent sur les normes existantes pour évaluer la dégradabilité des bioplastiques[15][16]. Cependant, certains soulignent leur insuffisance et incitent à la mise en place de normes complémentaires pour la production, l’utilisation dans les biens manufacturés et l’élimination des bioplastiques. Ces normes visent à rendre possible la séparation des types de plastique, à sécuriser les traitements, etc. en vue d’utiliser des technologies compatibles pour minimiser la dépense d’énergie et les émissions de GES. Par exemple, Batori et al.[14] suggèrent que des sacs de collecte de déchets organiques en bioplastique ne soient pas trop résistants mécaniquement pour ne pas avoir d'autres usages qui induiraient qu'ils finissent au composteur, mais ils devraient être résistants à l’humidité, etc. De telles normes contribueraient à réduire l’impact environnemental de ces plastiques.
Communication
Un dernier aspect à prendre en compte lors de l’insertion des bioplastiques dans le circuit industriel est celui de la communication avec les acteurs économiques. Thakur et al.[5] suggèrent que les questions de dégradabilité, de finalités et de coûts des plastiques doivent être discutées entre industriels pour une mise en place intégrée des technologies en question. Il est par ailleurs crucial d'informer les usagers de l'importance du tri pour diriger les plastiques vers les centres de recyclage ou les digesteurs[14].
Conclusion
Il ne fait aucun doute que les bioplastiques offrent de nouvelles perspectives technologiques pour remplacer les plastiques conventionnels et diminuer l'utilisation des ressources fossiles. Malgré tout, la diversité des bioplastiques ne permet pas de répondre de manière tranchée à la question de leur innocuité. Selon leur origine, ils ne peuvent pas toujours remplacer les plastiques conventionnels par manque de propriétés mécaniques, et s'ils le peuvent ils sont alors moins dégradables. Il est nécessaire de poursuivre les recherches sur les conséquences des bioplastiques sur l'environnement, mais également de continuer le développement des bioplastiques pour que leur impact soit encore amoindri. Il ne faut pas négliger non plus l'importance de changer les comportements des consommateurs, en les sensibilisant, afin qu'ils diminuent leur usage des plastiques. En effet, le meilleur moyen pour limiter l'impact des plastiques sur l'environnement est encore de ne pas en produire, afin qu'ils ne soient pas rejetés.