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Matériaux composites biodégradables pour remplacer le plastique

Une solution contre le polluant têtu

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le 22.11.17 | 12h00 Réagissez

Le plastique est un matériau indispensable à la société de consommation. Cette «fatalité» n’est pas sans conséquences sur la nature et la vie en général. Fortement résistant au temps, il est devenu une source de préoccupation pour la planète entière. Les déchets plastiques ayant envahi aussi bien les sommets des montagnes que les profondeurs des océans.

Face à ce massacre, des chercheurs du monde entier essayent de trouver un palliatif peu coûteux et moins nuisible. Ici, une thèse présentée à l’université Oran 2 tente de répondre à cette problématique par l’élaboration de matériaux composites biodégradables issus de ressources renouvelables.

C’est un polluant têtu. Le plastique génère des déchets volumineux difficiles à traiter. Une problématique ardue qui nécessite de lourds moyens financiers et des systèmes de collecte complexes. «Du fait que ces plastiques sont des matières stables qui se décomposent très lentement dans la nature (400 ans environ), le recyclage semble être la méthode la plus adéquate, mais la multiplicité des polymères utilisés dans la plasturgie induit de nombreuses difficultés, notamment lors du tri sélectif et conduit malheureusement à des matériaux recyclés avec des propriétés dégradées», note l’étude intitulée «Elaboration de matériaux composites biodégradables issues de ressources renouvelables», réalisée par Melle Boudjema Hayet à l’université Oran 2.

Même l’option d’incinération de ces produits issus des hydrocarbures présente des désagréments assez importants, surtout en rapport aux quantités de CO2 et autres gaz toxiques extrêmement dangereux pour la santé humaine et l’environnement tout entier. Devant ce danger sur la nature et la vie, une prise de conscience planétaire va dans le sens du développement des nouveaux concepts basés sur le «bio» et l’«éco» en faveur de l’élaboration de matériaux plus facilement dégradables pour remplacer ce genre de polluants têtus.

«De nouveaux matériaux nommés ‘‘écomatériaux’’, ‘‘biocomposites’’ ou ‘‘éco-conçus’’ ont vu le jour. Faisant partie des ces biomatériaux, les bioplastiques ou les plastiques biodégradables se présentent comme une solution qui peut résoudre partiellement les problèmes de déchets plastiques, notamment par leur aptitude à la dégradation naturelle sous l’action des organismes vivants et leurs faibles taux d’émission de gaz à effet de serre, ce qui leur donne un net avantage sur les plastiques traditionnels», instruit la rédactrice de l’étude.

Ainsi, les nouveaux matériaux nommés «bioplastiques» sont constitués à partir de polymères agro-sourcés, parmi lesquels on compte des polyesters tels que le polylactide (PLA) et les polysaccharides tels que l’amidon. «Les deux polymères sont totalement biodégradables, ils possèdent plusieurs propriétés qui peuvent concurrencer celles des résines polymères classiques et ils sont déjà appliqués à plusieurs domaines tels que l’emballage, ou le domaine médical», explique l’étude.

La solution est d’autant plus pertinente que les deux substituts sont présents en abondance. L’amidon est un polymère naturel présent dans le maïs, le blé, la pomme de terre,… «Quant au  PLA, c’est un polyester aliphatique obtenu par la fermentation de sucres ou d’amidon, qui reçoit beaucoup d’attention ces dernières années du fait de sa bio-compatibilité notamment pour des applications biomédicales», précise la thèse.

Pour ce qui est de l’étude sus-mentionnée, Melle Boudjema Hayet s’est fixé pour objectif d’élaborer un biocomposite à base de deux biopolymères, à savoir l’amidon et l’acide polylactique comme matrice, et renforcés par des fibres naturelles dans l’optique de résoudre les problèmes liés à la gestion des déchets plastiques.

«Plusieurs fibres naturelles sont utilisées comme substituants aux fibres classiques, le chanvre, le lin, le jute (en Europe), le bambou en (Asie), le palmier dattier et l’alfa (en Afrique) mais dans cette thèse nous nous intéresserons particulièrement aux fibres extraites d’une plante nommée l’’’Arroche maritime’’ (Atriplex Halimus) ou ‘‘G’ttaf’’ en arabe qui constitue l’une des richesses végétales les plus abondantes en Algérie mais très peu exploitées de nos jours», explique l’auteur. Dans cet objectif, il est mis en exergue les avantages liés à l’utilisation de ces biomatériaux qui se résument comme suit :

Ils proviennent de ressources naturelles renouvelables et ont un faible impact environnemental. Ils peuvent être mis en forme selon les mêmes techniques de préparation que les composites de grande diffusion actuels et ils permettent de réduire les quantités de déchets à recycler, puisque le traitement envisagé pour ces matériaux en fin de vie consisterait en une mise en compostage ou en enfouissement.
Après une étude approfondie de la composition chimique et évaluation des dimensions des fibres choisies, il a été permis de déterminer le temps nécessaire à leur dégradation.

«L’étude par microscopie optique montre une bonne dispersion de fibres au sein des matrices sauf quelques problèmes d’agrégation aux fortes teneurs en fibres, en particulier les fibres courtes qui ont été nettement plus homogènes, on remarque aussi que les fibres sont plus compatibles avec la matrice en amidon qu’en PLA, à cause de leurs multiples similarités en tant que des polysaccharides», constate la thésarde.

Ainsi, il a été remarque que le renforcement a été mieux réussi avec les fibres de petite taille, l’ajout de 15% de fibres courtes améliore le module d’élasticité de 92% pour la matrice d’amidon par rapport au 45% de la matrice en PLA. Dans le même temps, il a été noté une forte diminution en élongation à la rupture estimée à 80% pour l’amidon et à 60%pour le PLA.

Pour la partie analyse thermogravimétrique, l’étude a démontré que les fibres cellulosiques utilisées ont une température de dégradation légèrement supérieure a celle de la matrice en amidon, ce qui contribue a l’amélioration de la stabilité thermique des composites en fonction de l’ajout de fibres. Pour ce qui est des composites à base de PLA, l’ajout successif de fibres a négativement influencé leur stabilité thermique, car la matrice en PLA pure possède une température de dégradation beaucoup plus élevée que les fibres en cellulose.

Ainsi, et en guise de conclusion, l’étude, après analyse des résultats obtenus par les différentes techniques, il est dit que «les matériaux composites élaborés avec deux types de fibres et deux types de polymères sont totalement biodégradables et présentent globalement de bonnes propriétés mécaniques et thermiques avec une bonne compatibilité entre leurs constituants».

Pour un meilleur rendement, l’auteur de l’étude préconise de mener une étude similaire avec des fibres traitées, ce qui permettra d’améliorer le comportement mécanique des fibres, d’augmenter leur stabilité thermique et de favoriser leur adhérence avec la matrice.

En guise de recommandation, il est également préconisé l’étude des matériaux choisis à leur fin de vie. «Il serait également important de faire une mise en compostage, surtout pour le PLA, qui est un produit compostable qui nécessite des conditions bien spécifiques pour sa dégradation, et de comparer les résultats avec ceux de la mise en enfouissement», conclut-elle.
 

Fatma-Zohra Foudil
 
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