Vers du polystyrène biodégradable

Publié par Adrien le 19/09/2022 à 09:00
Source: CNRS INC
Son faible coût, sa rigidité, sa légèreté et sa transparence font du polystyrène (PS) un des plastiques les plus utilisés dans le monde, mais malheureusement non dégradable. Face au problème majeur de gestion des déchets plastiques, de nombreuses approches sont envisagées pour lui conférer une forme de dégradabilité. Des chimistes de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) radicalaire (CNRS/Aix-Marseille Univ.) ont récemment démontré la possibilité d'insérer dans des chaînes de PS des unités susceptibles de se rompre sous l'action d'une base pour les rendre dégradables. Ces résultats très prometteurs dans l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) d'obtenir, à terme, une biodégradation (La biodégradation est la décomposition/dégradation de matières organiques par des...) du polystyrène (Le polystyrène (PS en abrégé) est le polymère -(CH2-CH(Ph))n-, obtenu par la...) sont parus dans la revue Macromolecules.


L'introduction de quelques % molaires de DOT dans des longues chaînes de PS permet de dégrader celles-ci en fragments courts potentiellement assimilables par des bactéries présentes dans le sol.
© Yohann Guillaneuf

Avec plus de 300 millions de tonnes de plastiques produits industriellement chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...), les déchets plastiques sont devenus une préoccupation environnementale majeure. Le polystyrène (PS) est l'une des principales sources de ces matières plastiques. Sa grande durabilité, sa facilité de traitement et sa stabilité hydrolytique font qu'il est très largement utilisé dans l'emballage, l'isolation, les industries agro-alimentaires et du bâtiment. Il est ainsi devenu un polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène...) majeur des sols, des rivières, des lacs et des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...). Le squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la...) des chaines de polystyrène étant constitué de liaisons carbonés C-C, il est en effet, comme la plupart des plastiques de commodité, non dégradable. Depuis des décennies, les chimistes essayent de trouver des solutions pour lui conférer une dégradabilité partielle ou totale.

La technique la plus courante pour traiter chimiquement les déchets de polystyrène est la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) ou thermocatalytique qui conduit soit à des produits de type carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...), soit à un recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui...) en boucle fermée grâce à la récupération du monomère styrène (Le styrène est un composé organique aromatique de formule chimique C8H8. C'est un liquide...). Si la biodégradation par des bactéries présentes dans le sol est également étudiée depuis les années 1960, la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) molaire très élevée du PS limite sévèrement l'efficacité de ces réactions enzymatiques. Une solution possible pour le rendre (bio)dégradable serait d'insérer le long de la chaîne carbonée (La chaîne carbonée est, dans une molécule organique, la chaîne formée par un ensemble d'atomes...) des unités qui comportent des liaisons clivables, c'est à dire susceptibles de se casser sous certaines conditions et en un certain temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), pour produire des oligomères (plus petites chaînes) eux-mêmes biodégradables.

Une équipe de l'Institut de chimie radicalaire (CNRS/Aix-Marseille Univ.) a récemment étudié la possibilité d'insérer des groupements thioesters clivables dans des chaînes de PS. Connu pour sa copolymérisation efficace avec les monomères acryliques, le dibenzo[c,e]-oxépane-5-thione (DOT) est un monomère cyclique très intéressant mais qui, jusqu'ici, n'avait pas pu être intégré dans des chaînes de PS.

Grace à une étude théorique préalable et des simulations numériques, l'équipe de chimistes a cependant démontré qu'une modification des conditions expérimentales de synthèse permettait de s'affranchir de ces limitations. Ils ont ainsi pu préparer, en utilisant des conditions industrielles classique, des PS contenant une faible fraction (5%) de liens de type thioester introduits de façon régulière dans le squelette du polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...) et ce sans modifier les propriétés thermiques et mécaniques du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...). Les études de dégradation ont montré que les chaines de polymères peuvent se dégrader en fragment de taille divisée par un facteur 40 après un traitement basique. L'utilisation de bases photo-latentes permet d'activer cette dégradation à la demande sous l'action de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...). Ces mêmes polymères ont de plus montré une plus grande susceptibilité à la dégradation en présence de bactéries, ce qui constitue un pas important vers une biodégradation de ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...). Ces résultats sont parus dans la revue Macromolecules.

Référence:
Degradable Polystyrene via the Cleavable Comonomer Approach
Noémie Gil, Baptiste Caron, Didier Siri, Julien Roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...), Slim Hadiouch, Douriya Khedaioui, Stephane Ranque, Carole Cassagne, Damien Montarnal, Didier Gigmes, Catherine Lefay et Yohann Guillaneuf, Macromolecules19 juillet 2022.
https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c00651
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