Le processus de biodégradation des plastiques, comment ça se passe ?

Matériaux

Publié le : 09/02/2023 par Justine JACQUIN

Les plastiques biosourcés et/ou biodégradables sont souvent nommés bioplastiques. Ce terme prête souvent à confusion sur l’origine ou la fin de vie des plastiques. Bioplastique peut désigner l’origine du plastique ou sa fin de vie.

En effet  le « bioplastique » peut aussi bien désigner l’origine du plastique (végétale, pétrole, micro-organismes…) que sa fin de vie (biodégradable). Nous allons dans cet article, nous intéresser principalement à la biodégradation.

La biodégradabilité, une histoire au niveau microscopique

Le plastique une fois dans l’environnement va se faire coloniser très rapidement par des micro-organismes. Suite à l’absorption rapide des molécules organiques dissoutes présentent dans l’environnement, il va alors y avoir une succession de phase de croissance du biofilm microbien. Celle-ci débute par la fixation des cellules bactériennes (phase de primo-colonisation), la sécrétion d’une matrice extracellulaire et la croissance de cellules dont l’adhésion est plus importante et le recrutement d’autres micro-organismes tels que des larves ou spores… Quel que soit le type de polymère, la diversité du biofilm mature est très différente de celle des bactéries libres dans l’environnement.

Le processus de biodégradation des plastiques est défini dans le domaine scientifique comme la transformation totale du carbone organique en eau, dioxyde de carbone (CO₂), méthane (CH₄) en biomasse et/sous-produits (résidus, matière organique), non toxique pour l’environnement. La biodégradation d’un plastique dépend donc des paramètres physico-chimique (nutriment, température, humidité) de l’environnement. Mais aussi de la structure du polymère et des caractéristiques de ce dernier (épaisseur, dimensions et état de surface…). Les plastiques biosourcés ne sont pas tous biodégradables.

Le processus de biodégradation par étapes

On observe plusieurs étapes dans le processus de biodégradation :

• La biodétérioration est provoquée par des micro-organismes ayant un mode de vie en biofilm se développant en surface du plastique. L’action mécanique et chimique va fragiliser la structure du plastique (fissures, production de composés acides).

• La biofragmentation est provoquée par l’action d’enzymes (protéine ayant un rôle biologique) microbiennes excrétées dans le milieu environnant. Celle-ci provoque une rupture des liaisons covalentes des carbones des plastiques. Cela a pour conséquence la réduction du polymère, en oligomères puis monomères. Cette réduction de taille, permettra une assimilation par les micro-organismes.

• L’assimilation est la faculté des micro-organismes à transférer le carbone organique du plastique au sein de leur cellule. En général seules les molécules inférieures à 600 Da peuvent s’insérer au sein d’une cellule bactérienne.

• La minéralisation correspond à la transformation du carbone organique du plastique en carbone minéral (CO2) provoqué par le métabolisme des micro-organismes ayant assimilés la molécule de plastique. Le métabolisme activé des bactéries permettra la transformation.

L’environnement, le critère important

La biodégradation est très dépendante de l’environnement dans lequel se trouve les plastiques. L’environnement et ses critères physico-chimiques ainsi que sa richesse en nutriment en feront un milieu favorable ou non. Le fait de limiter l’étude de la biodégradation (Etape d’assimilation) au relargage du CO₂, peut sous estimer sa biodégradabilité. Pendant le phénomène de compostage, il y a une modification de la matière organique et l’assimilation du carbone permet l’activation du métabolisme bactérien. Une partie du carbone organique du matériau sert à la croissance de la population et n’est donc pas forcément relargué sous forme de CO₂. A ce jour il n’est pas possible de quantifier précisément la part de carbone utilisée pour la croissance des populations microbiologiques.

L’étude de biodégradabilité est par conséquent un phénomène complexe qui nécessite plusieurs mois d’analyses selon le milieu visé. Celles-ci permettent notamment selon les produits d’accéder à une certification de biodégradabilité en compost industriel ou domestique, et même en milieu marin selon les cas.