Les plastiques synthétiques ont rendu de nombreux aspects de la vie moderne moins chers, plus sûr et plus pratique. Cependant, nous n'avons pas réussi à comprendre comment nous en débarrasser après les avoir utilisés.

Contrairement à d'autres formes de déchets, comme la nourriture et le papier, la plupart des plastiques synthétiques ne peuvent pas être facilement dégradés par des micro-organismes vivants ou par des processus chimiques. Par conséquent, une crise croissante des déchets plastiques menace la santé de notre planète. Il est incarné par le Great Pacific Garbage Patch - une zone massive de déchets plastiques flottants, trois fois la taille de la France, s'étendant entre la Californie et Hawaï. Les scientifiques ont estimé que si les tendances actuelles se poursuivent, la masse de plastique dans l'océan sera égale à la masse de poisson d'ici 2050. La fabrication de plastique à partir du pétrole augmente également les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, contribuant au changement climatique.

Une grande partie de mon travail a été consacrée à la recherche de moyens durables de fabriquer et de décomposer les plastiques. Mon laboratoire et d'autres font des progrès sur les deux fronts. Mais ces nouvelles alternatives doivent concurrencer les plastiques synthétiques qui ont mis en place des infrastructures et optimisé les procédés. Sans politiques gouvernementales de soutien, les alternatives plastiques innovantes auront du mal à traverser la soi-disant "vallée de la mort" du laboratoire au marché.

Du bois et de la soie au nylon et au plexiglas

Tous les plastiques sont constitués de polymères – de grosses molécules qui contiennent de nombreuses petites unités, ou des monomères, réunis pour former de longues chaînes, un peu comme des chapelets de perles. La structure chimique des billes et les liaisons qui les unissent déterminent les propriétés des polymères. Certains polymères forment des matériaux durs et résistants, comme le verre et les époxydes. Autres, comme le caoutchouc, peut se plier et s'étirer.

Pendant des siècles, les humains ont fabriqué des produits à partir de polymères de sources naturelles, comme la soie, coton, bois et laine. Après utilisation, ces plastiques naturels sont facilement dégradés par les micro-organismes.

Les polymères synthétiques dérivés du pétrole ont été développés à partir des années 1930, lorsque de nouvelles innovations matérielles étaient désespérément nécessaires pour soutenir les troupes alliées pendant la Seconde Guerre mondiale. Par exemple, nylon, inventé en 1935, remplacé la soie dans les parachutes et autres équipements. Et poly(méthacrylate de méthyle), connu sous le nom de plexiglas, remplacé par du verre dans les hublots des avions. À ce moment-là, il y avait peu de considération pour savoir si ou comment ces matériaux seraient réutilisés.

Les plastiques synthétiques modernes peuvent être regroupés en deux grandes familles :les thermoplastiques, qui se ramollissent au chauffage puis durcissent à nouveau au refroidissement, et thermodurcissables, qui ne se ramollissent jamais une fois moulés. Certains des polymères synthétiques à haut volume les plus courants comprennent le polyéthylène, utilisé pour fabriquer des pellicules et des sacs en plastique; polypropylène, utilisé pour former des contenants et des emballages réutilisables ; et le polyéthylène téréphtalate, ou PET, utilisé dans les vêtements, tapis et bouteilles de boissons en plastique transparent.

Les défis du recyclage

Aujourd'hui, seulement 10 % environ du plastique jeté aux États-Unis est recyclé. Les transformateurs ont besoin d'un flux d'entrée de plastique non contaminé ou pur, mais les déchets plastiques contiennent souvent des impuretés, comme les restes de nourriture.

Les lots de produits en plastique mis au rebut peuvent également comprendre plusieurs types de résine, et ne sont souvent pas de couleur uniforme, forme, transparence, poids, densité ou taille. Cela rend difficile pour les installations de recyclage de les trier par type.

La fusion et la reformation des déchets plastiques mélangés créent des matériaux recyclés dont les performances sont inférieures à celles des matériaux vierges. Pour cette raison, de nombreuses personnes appellent le recyclage du plastique « downcycling ».

Comme la plupart des consommateurs le savent, de nombreux articles en plastique sont estampillés d'un code qui indique le type de résine à partir duquel ils sont fabriqués, numérotés de un à sept, à l'intérieur d'un triangle formé de trois flèches. Ces codes ont été développés dans les années 1980 par la Society of the Plastics Industry, et sont destinés à indiquer si et comment recycler ces produits.

Cependant, ces logos sont très trompeurs, car ils suggèrent que tous ces biens peuvent être recyclés un nombre infini de fois. En réalité, selon l'Agence de protection de l'environnement, les taux de recyclage en 2015 allaient d'un maximum de 31 pour cent pour le PET (code SPI 1) à 10 pour cent pour le polyéthylène haute densité (code SPI 2) et quelques pour cent au mieux pour les autres groupes.

À mon avis, les plastiques à usage unique devraient finalement être tenus d'être biodégradables. Pour faire ce travail, les ménages devraient avoir des poubelles pour collecter les aliments, papier et déchets polymères biodégradables pour le compostage. L'Allemagne a un tel système en place, et San Francisco composte les déchets organiques des maisons et des entreprises.

Concevoir des polymères plus verts

Étant donné que les plastiques modernes ont de nombreux types et utilisations, de multiples stratégies sont nécessaires pour les remplacer ou les rendre plus durables. L'un des objectifs est de fabriquer des polymères à partir de sources de carbone biosourcées au lieu de pétrole. L'option la plus facilement réalisable est la conversion du carbone des parois cellulaires végétales (lignocellulosiques) en monomères.

Par exemple, mon laboratoire a développé un catalyseur de levure qui prend des huiles végétales et les convertit en un polyester ayant des propriétés similaires à celles du polyéthylène. Mais contrairement à un plastique à base de pétrole, il peut être entièrement dégradé par les micro-organismes dans les systèmes de compostage.

Il est également impératif de développer de nouvelles voies rentables pour décomposer les plastiques en produits chimiques de grande valeur pouvant être réutilisés. Cela pourrait signifier l'utilisation de catalyseurs biologiques et chimiques. Un exemple intrigant est une bactérie intestinale de vers de farine qui peut digérer le polystyrène, le convertir en dioxyde de carbone.

D'autres scientifiques développent des vitrimères haute performance - un type de plastique thermodurci dans lequel les liaisons que les chaînes de réticulation peuvent former et rompre, en fonction des conditions intégrées telles que la température ou le pH. Ces vitrimères peuvent être utilisés pour rendre durs, produits moulés qui peuvent être convertis en matériaux fluides à la fin de leur durée de vie afin qu'ils puissent être reformés en de nouveaux produits.

Il a fallu des années de recherche, développement et commercialisation pour optimiser les plastiques synthétiques. Nouveaux polymères verts, comme l'acide polylactique, commencent tout juste à entrer sur le marché, principalement dans des sacs de compost, contenants alimentaires, tasses et vaisselle jetable. Les fabricants ont besoin d'aide pendant qu'ils s'efforcent de réduire les coûts et d'améliorer les performances. Il est également crucial de lier les efforts académiques et industriels, afin que les nouvelles découvertes puissent être commercialisées plus rapidement.

Aujourd'hui, l'Union européenne et le Canada fournissent beaucoup plus de soutien gouvernemental à la découverte et au développement de plastiques biosourcés et durables que les États-Unis. Cela doit changer si l'Amérique veut participer à la révolution des polymères durables.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.