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L’industrie alimentaire est l’un des domaines utilisant le plus de produits plastiques. Cette situation s’oppose à la volonté des gouvernements et des institutions de diminuer progressivement l’usage des plastiques dans le cadre de plans de sauvegarde de l’environnement. Récemment, des chercheurs ont mis au point un nouveau produit naturel et biodégradable remplissant les exigences techniques de conditionnement de l’industrie alimentaire, amené à potentiellement remplacer le plastique.

Un produit de remplacement biodégradable pour les produits à base de pétrole doit respecter toutes sortes de normes et, jusqu’à présent, les tentatives de remplacement viables à partir de sources renouvelables ont rencontré un succès limité en raison de contraintes de traitement et économiques. Parmi les obstacles, les produits proposés à ce jour sont trop fragiles pour les emballages alimentaires.

Mais une nouvelle recherche de l’Ohio State University a montré que la combinaison novatrice du caoutchouc naturel et du bioplastique aboutit à un remplacement beaucoup plus solide du plastique, un modèle qui suscite déjà l’intérêt des entreprises qui cherchent à réduire leur empreinte environnementale.

Presque tous les plastiques — environ 90% — sont à base de pétrole et ne sont pas biodégradables, ce qui est une préoccupation environnementale majeure. Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Polymers, l’équipe de recherche rapporte le succès d’un produit renforcé au caoutchouc dérivé de la fermentation microbienne qui, selon eux, pourrait fonctionner comme le plastique conventionnel. Selon les scientifiques, cette nouvelle étude met en évidence le plus grand succès dans ce domaine à ce jour.

« Les tentatives précédentes concernant cette combinaison ont été infructueuses car la souplesse du caoutchouc a entraîné une perte de résistance du produit lors du processus de fabrication » déclare Xiaoying Zhao, chimiste au Département des sciences et technologies de l’alimentation de l’État de l’Ohio.

phbv plastique caoutchouc

Le nouveau matériau, un mélange de PHBV et caoutchouc naturel (blend), est plus résistant et durable que le PHBV seul. Crédits : Ohio State University

La nouvelle étude porte sur la fusion du caoutchouc dans un thermoplastique à base de plante appelé PHBV ainsi que du peroxyde organique et un autre additif appelé triacrylate de triméthylolpropane (TMPTA). Le produit final est 75% plus résistant et 100% plus flexible que le PHBV, ce qui signifie qu’il est beaucoup plus facile de le transformer en emballage alimentaire.

D’autres équipes de recherche ont combiné le caoutchouc et le PHBV, mais les produits étaient trop fragiles pour supporter toutes les exigences d’un emballage alimentaire — de la transformation à l’expédition, en passant par la manutention dans les magasins et les maisons, en particulier les récipients utilisés pour la congélation puis le micro-ondes.

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Une flexibilité accrue, sans perte significative de résistance, est particulièrement importante pour les films plastiques couramment utilisés pour tout emballer, des produits frais aux produits surgelés. Alors que d’autres tentatives de fabrication de ce type de bioplastique renforcé par du caoutchouc ont réduit la résistance du PHBV jusqu’à 80%, seulement 30% de la résistance a été perdue dans cette étude — une quantité beaucoup plus gérable.

La ténacité, qui a été améliorée, est différente de la résistance, a expliqué la co-auteure de l’étude, Katrina Cornish, experte en caoutchouc naturel et professeur d’horticulture et de phytotechnie à l’Ohio State.

microscope phbv caoutchouc

Observation en microscopie électronique à balayage du PHBV, du caoutchouc naturel (NR) et du mélange des deux. Crédits : Xiaoying Zha et al. 2019

« Imaginez que vous essayiez de séparer un bloc de béton avec vos mains. Cela met à l’épreuve sa résistance. Mais tenter de le couper avec un coup de poing ou coup de pied met à l’épreuve sa ténacité – avec quelle facilité il casse » explique Cornish. « Vous ne pouvez jamais le séparer, mais si vous êtes assez fort, vous pouvez le casser ».

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Les chercheurs se concentrent actuellement sur l’utilisation potentielle de divers matériaux biodégradables — et respectueux de l’environnement par ailleurs — qu’ils pourraient utiliser comme charges pour renforcer davantage le mélange. Ils ont discuté de l’utilisation de la pâte laissée après qu’un collègue de recherche ait extrait de l’huile du marc de café. Les peaux de tomates sont également à l’étude, de même que les coquilles d’œufs.

Au-delà des aliments emballés, un bioplastique pourrait éventuellement être utilisé dans d’autres applications liées aux aliments, telles que les ustensiles et les planches à découper. Les auteurs cherchent également à collaborer avec des collègues extérieurs aux sciences de l’alimentation pour envisager d’autres applications pour leurs produits, telles que la création de matériaux de construction, de gants pour les professionnels du secteur de la restauration ou de pièces pour voitures et avions.

« Alors que nous nous rapprochons de plus en plus de la collaboration avec les fabricants de produits alimentaires, nos partenaires potentiels se posent des questions spécifiques. Nous devons faire très attention à ce que nous utilisons dans ce processus afin de répondre à leurs besoins, et ils ont des paramètres très spécifiques » conclut Yael Vodovotz.

Source : Polymers

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