Bioplastique: créer de nouveaux matériaux biosourcés

Malgré la croyance populaire, les premiers plastiques produits par l'homme étaient des bioplastiques, c'est-à-dire que leur origine était biosourcée, donc renouvelable. En fait, on utilisait les matériaux naturels comme la cellulose du bois pour en faire différents matériaux. L'acétate de cellulose, inventé en 1865, a servi à la base de films en photographie. La cellulose du bois a aussi été utilisée comme composant de certains adhésifs. "Henry Ford, ce grand industriel étatsunien, fabriquait des bioplastiques à partir de l'huile de soja en utilisant comme fibre de renfort du chanvre ou du lin, raconte le nouveau directeur du Département de génie chimique et de génie biotechnologique, Michel Huneault. Il fabriquait ainsi des panneaux de composite extrêmement résistants pour ses voitures. Les matériaux biosourcés ont été abandonnés pour des polymères issus du pétrole en raison des coûts inférieurs de production."

Après avoir été chercheur durant 17 ans au Conseil national de recherches Canada, Michel Huneault avait envie de renouer avec le monde académique et de prendre contact avec les étudiants. "La formation est également quelque chose de plus concret que la recherche, dit-il. Dans un cours, il faut transmettre une matière: il y a un début, un milieu et une fin. À la toute fin, les étudiants passent un examen et c'est en quelque sorte également le test du professeur. Parfois, des notions que nous pensions bien assimilées par des étudiants ne semblent pas avoir été comprises, tandis que d'autres, pour lesquelles nous croyions ne pas avoir transmis suffisamment de données, ont été mieux comprises. La communication constitue en réalité le véritable défi du professeur", explique l'expert en génie chimique.

Diplômé de l'École polytechnique de Montréal, le professeur Huneault a été agent de recherche au Conseil national de recherches Canada de 1992 à 2009 et professeur associé au Département de génie chimique de l'École polytechnique de Montréal de 2003 à 2009. Il a obtenu en 2007 le prix Morand Lambla décerné annuellement par la Polymer Processing Society pour souligner les accomplissements et l'originalité de la recherche.

Mélanger des plastiques pour créer une nouvelle famille

L'expertise développée par Michel Huneault dans le domaine des plastiques se situe principalement au niveau du malaxage des plastiques, ou comment mélanger des plastiques ensemble pour former des synergies qui auront des propriétés répondant aux attentes de certains produits. "Au Conseil national de recherches Canada, les demandes provenaient de secteurs très variés comme l'automobile, les piles à combustible, les matériaux d'emballage, ce qui m'a permis de travailler sur un grand nombre d'applications variées", souligne le chercheur.

En 2007, son équipe de travail a réussi la compatibilisation de l'amidon thermoplastique avec le poly(acide lactique) ou PLA, la clé à la base du développement de ces matériaux. À l'origine, l'amidon et le PLA sont des matériaux biosourcés qui étaient disponibles en grande quantité au moment où les recherches sur cette question ont débuté.

"Nous avons trouvé une molécule faisant le lien entre les deux phases polymères qui sont mélangées. Il n'y a plus de séparation de phase comme dans le mélange huile et eau, par exemple", précise le professeur Huneault, qui ajoute: "La compatibilisation de l'amidon thermoplastique et du PLA a significativement amélioré tant les propriétés mécaniques et optiques que les propriétés de surface de ces nouveaux matériaux", dit le chercheur. Les articles scientifiques qu'il a publiés à ce sujet ont été très bien reçus par ses pairs, et ils ont été abondamment cités par d'autres chercheurs.

La recette du bioplastique

Pour faire des bioplastiques, une première voie consiste à modifier chimiquement des polymères naturels tels l'amidon ou la cellulose. Une seconde voie est la production de monomères à partir de sources renouvelables telles l'acide lactique et la polymérisation de ce monomère afin de fabriquer le PLA. Une troisième voie possible est la production de polymères par synthèse naturelle obtenue au moyen de microorganismes contenus dans un milieu de fermentation. Une famille de polyesters appelée polyhydroxy alcanoate peut être produite de cette façon en utilisant des glucides ou des lipides comme matière première.

Le professeur Huneault travaille depuis quelques années sur la transformation de l'amidon pour en faire de l'amidon thermoplastique. "Pour ce faire, la structure cristalline de l'amidon doit être brisée par un processus thermomécanique et par l'ajout de plastifiants appropriés, explique-t-il. L'amidon ainsi rendu thermoplastique doit ensuite être encapsulé dans la matrice polymère de manière à le protéger de l'eau. L'ajout de tensioactif permet de finement disperser la phase amidon. Si l'opération réussit, le matériau devient très polyvalent selon la recette choisie, il peut servir tant dans des applications de matériaux plus caoutchoutés qu'à des matériaux extrêmement rigides", soutient le spécialiste.

D'ici 2020, les politiques québécoises en matière d'enfouissement sanitaire visent à éliminer la mise sous terre contrôlée de matières organiques. Le développement de bioplastiques compostables répond aux besoins de la société afin de faciliter le compostage ou la méthanisation des emballages souillés qui ne sont pas actuellement recyclables économiquement parlant. L'industrie s'adapte à ces nouvelles réalités et offre de plus en plus de choix en termes de matériaux compostables performants. Les recherches actuelles se poursuivent en ce sens afin de fournir des voies différentes à la société. Les coûts et l'empreinte écologique qui y sont associés devront être définis afin que nous soyons bien informés pour faire le bon choix.

Une autre grande force motrice du développement des bioplastiques est le fait que la biomasse représente une source de matière première dont le prix, à long terme, demeure plus stable que celui du pétrole. De plus, comme la production se fait à partir de la biomasse, l'empreinte carbone des bioplastiques est souvent avantageuse par rapport à celle relative à la production des plastiques conventionnels. De plus en plus prisés, les bioplastiques deviendront donc prochainement un incontournable dans la chaîne de consommation. Les travaux du professeur Huneault y contribuent déjà grandement.