L’avenir compostable du plastique : Utopie écologique

Texte par : Laurence Caron, Philippe St-Louis et Emilie Von.

La problématique du plastique dans le monde

Depuis les années 60, la production mondiale de plastique a connu une montée fulgurante. On ne cesse de remplacer les matériaux naturels par des équivalents synthétiques à base de matières fossiles pour leur solidité, leur grande flexibilité tout en restant léger afin de favoriser le transport. Il doit notamment sa réputation à sa grande malléabilité permettant de fabriquer une quantité astronomique de produits différents. Hormis sa popularité, le plastique est comme une hydre à plusieurs têtes s’immisçant dans tout écosystème : d’une part, les microorganismes s’accrochent sur le plastique retrouvé dans l’eau, sédimentant ce dernier et le faisant couler à pic alors que d’une autre part, le plastique se fragmente en d’innombrables particules dans l’environnement, gagnant en densité et perturbant les organismes à différents niveaux de la chaîne trophique.

Les polluants présents dans l’eau tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les polluants organiques persistants (POP) se lient aux nanoplastiques. Ces derniers sont distribués et accumulés dans différents compartiments au sein de l’organisme causant un effet toxique tandis que les additifs présents sur le plastique entraînent des effets perturbateurs sur la santé de l’organisme vivant. Déjà, la mentalité de la population de consommateurs, des compagnies et des scientifiques évolue collectivement et ils ont à cœur l’avenir de notre planète. On observe une vague de changements vers des produits biodégradables et sécuritaires pour l’environnement. Des découvertes dans le domaine des polymères biodégradables injectent de l’enthousiasme dans la perspective de nouvelles solutions. Par contre, la partie est loin d’être gagnée en raison de l’omniprésence du plastique dans la vie de tous les jours et de son établissement dans l’industrie.

Le polyéthylène Téréphtalate (PET)

Parmi ceux-ci, on trouve le PET, ou polyéthylène téréphtalate, qui est identifié par le numéro 1. Le PET est un polyester synthétique hautement utilisé dans les produits du quotidien, tant pour les fibres textiles, les matériaux d’emballage et PET pour la fabrication des bouteilles de plastique. On peut en retrouver aussi sous forme de microbilles dans les produits de beauté et les dentifrices.

Leur présence cause de plus en plus de préoccupations car environ 5 % sont capables de résister aux traitements des eaux usées et atteignent les cours d’eau. Heureusement, les microbilles sont de plus en plus connues des consommateurs, et plusieurs compagnies cosmétiques tentent à ce jour d’éliminer les traces de plastique dans leurs produits, dans l’intérêt des usagers et de l’environnement.

Le recyclage

L’invention du plastique est formidable, car les ingénieurs avaient prévu à l’avance qu’il serait possible de le recycler pour l’utiliser indéfiniment, en procédant à des méthodes de refonte afin de lui donner une nouvelle forme. Malheureusement, il est excessivement difficile de garder le contrôle sur cette quantité industrielle de plastique produite à travers le monde et d’assurer le respect de ce cycle. Résultat, le plastique s’égare partout dans l’environnement. Heureusement, le concept du recyclage est maintenant une pratique établie dans la grande majorité des établissements publics et privés. Évidemment, beaucoup reste à faire, en commençant, avant tout, par ramasser ce plastique éparpillé un peu partout.

Plusieurs projets de grande envergure sont déjà en place. On parle ici de projets comme Ocean Cleanup qui récupère à l’aide de technologies vertes, soit en exploitant les forces naturelles océaniques, les résidus en suspension dans l’eau. Prendre l’habitude de recycler le plastique qui est utilisé quotidiennement, en combinaison avec ces actions concrètes, sont en soi de très bons départs, mais ce ne n’est toujours pas assez. En effet, seulement 14 % du plastique est collecté et réellement recyclé, d’après le Forum Économique Mondial. Au Canada, seulement 10 à 11 % des plastiques sont recyclées. Selon l’étude d’Eryasar et al., (2014), on compte 72 % d’origine plastique de la totalité des déchets, et on estime qu’environ 32 % de cette matière se retrouvent et s’accumulent dans divers habitats naturels, comme les océans.

Les méthodes d’aujourd’hui

Actuellement, les méthodes pour convertir les polymères en monomère de plastique impliquent des traitements mécaniques et chimiques. Il faut imaginer le plastique, le polymère, comme un assemblage de blocs Lego®, les monomères, qui peuvent s’empiler et qui peuvent être démontés. Ces techniques nécessitent des heures et une quantité d’énergie immense. Aussi, la dégradation complète du plastique n’est pas l’objectif du recyclage chimique. C’est plutôt l’obtention de produit secondaire qui peut être réutilisé pour réformer du plastique. Cependant, les coûts surpassent souvent ceux de l’achat de plastique vierge et rendent cette approche moins attrayante.

De nouvelles avancées se dirigent vers une alternative plus verte afin de faire, par exemple, la biodégradation des composés de plastiques. Cette méthode n’utiliserait alors aucun produit chimique nocif et demanderait moins d’énergie.

Le compostage

En réalité, la biodégradation n’est pas un processus très compliqué. Nous en faisons nous-mêmes, tous les jours en nous alimentant. On ingère de la matière organique, les aliments, et on les dégrade de façon biologique dans notre corps. C’est le même principe pour tous les produits biodégradables, seulement ce sont des organismes différents qui consomment le produit pour leur propre alimentation. Lorsqu’on parle de décomposition, on parle en réalité de prendre un aliment complexe, composé d’une multitude d’éléments (sucres, protéines, vitamines, lipides, etc.) et de les séparer les uns des autres sous leur forme individuelle. Le compostage est un processus de dégradation de matière organique effectué par des microorganismes, appelés décomposeurs, comme les champignons, les bactéries, les vers et autres. Ces décomposeurs s’alimentent alors des substances avec lesquelles on les mélange, et peuvent les dégrader, car ils ont les enzymes pour le faire.

Le plastique pourrait-il devenir compostable?

L’idée serait de trouver un organisme qui s’alimente de molécules comme le PET. Pour se faire, l’organisme en question devrait être capable de produire les enzymes nécessaires pour faire la dégradation. Pour mieux comprendre, il est possible de faire un parallèle avec l’intolérance au lactose. Ce trouble alimentaire est causé par une incapacité ou une diminution de la production de la lactase, l’enzyme responsable de la dégradation du lactose, un sucre qui est retrouvé dans les produits laitiers. Les gens intolérants ne peuvent donc pas consommer des produits comme le lait, le fromage ou encore le yogourt. C’est le même principe pour le PET. On peut ainsi dire que les organismes décomposeurs qui sont impliqués dans les processus de compostage sont intolérants au PET, et donc de faibles consommateurs.

La bioremédiation s’impose

Machine à PETer

En 2016, une équipe de chercheurs japonais a étudié des populations microbiennes présentes sur des débris de PET d’un centre de recyclage. Après quelques semaines de culture en laboratoire, ils ont observé que la bactérie Ideonella sakaiensis 201-F6 a le pouvoir de dégrader le PET pour son alimentation, et donc l’utiliser comme source unique de carbone. C’est par une analyse génétique et fonctionnelle qu’ils ont réussi à identifier l’enzyme responsable de la dégradation du PET en molécule plus simple, soit la PETase. Elle n’est pas la première enzyme de ce type découverte à ce jour. En effet, plusieurs enzymes capables d’interagir avec le PET ont été répertoriées dans les dernières décennies. Elle se démarque des autres par le fait qu’elle fonctionne efficacement à basse température, soit seulement 30 ⁰ C, comparativement à 70 ⁰ C pour les autres.

Depuis sa découverte, un groupe de chercheurs du Royaume-Uni, dirigé par le chercheur Harry P. Austin, a généré une version améliorée de l’enzyme qui est quatre fois plus efficace pour dégrader le plastique. Ces modifications permettent à l’enzyme d’être plus polyvalente et de s’attaquer à la fois au PET et au polyéthylène furanoate (PEF),  un bioplastique émergent. D’autres scientifiques pensent que la PETase demeure un mirage écologique. Kim Van Arkel, biologiste marine spécialisée en écotoxicologie et conseillère scientifique de Race for Water, rappelle que « la biodégradation doit être réalisée dans une structure bien confinée avec des conditions particulières pour que l’enzyme puisse fonctionner. Il serait fou de balancer délibérément un ensemble d’enzymes dans l’océan et s’attendre qu’elles dégradent ce vrai cocktail de nanoplastiques ».

S’allier à une mite

S’attirant les foudres de l’apiculteur, la fausse teigne de la cire (Galleria melonella) est un papillon nocturne de la famille des mites qui infeste les ruches. Dès son éclosion, la larve de la fausse teigne dévore voracement le pollen, la cire et les cocons des nymphes d’abeilles. Elle n’est pas pour autant qu’un simple ennemi! Récemment, Frederica Bertocchini, une chercheuse de l’Institut de biomédecine et de biotechnologie de Cantabrie en Espagne, a découvert la capacité de dégradation du polyéthylène (PE), par cette larve. Mme Bertocchini nettoyait sa ruche des larves de la fausse teigne comme à l’habitude, et les déposait dans un sac de plastique. Quelques heures plus tard, à la grande surprise de la biologiste, ces larves étaient à l’air libre.

La chercheuse a donc collaboré avec des collègues de l’Université de Cambridge pour étudier ce phénomène : après quarante minutes, le sac en plastique fait de PE et exposé à une centaine de larves de fausse teigne était criblé de trous alors qu’au bout de douze heures, environ 3 % de la masse avait déjà été dégradée. Ce taux de dégradation est considérablement plus élevé que celui de l’enzyme dérivant de la bactérie Ideonella sakaiensis. Par la suite, des cellules de la fausse teigne de la cire ont été mises en contact direct avec une pellicule de PE, et cette fois-ci, 13 % de la masse de la pellicule a été éliminée. Ainsi, non seulement ces créatures sont capables de mâcher le PE mais elles sont aussi capables de le digérer, grâce à sa structure similaire à la cire d’abeille. Les études se poursuivent néanmoins, afin d’éclairer l’incertitude à savoir si cette larve est capable de synthétiser elle-même l’enzyme ou si elle est l’hôte d’organismes de sa flore intestinale (ex: bactéries) qui le sont.

Avis des spécialistes

Nous avons interrogé la chercheuse, Joëlle Pelletier, professeure au Département de chimie de l’Université de Montréal, de ce qu’elle pensait de l’idée de voir un jour le plastique compostable. Selon elle, ce serait une idée absolument envisageable, et ce, même dans un avenir très proche. Effectivement, nous avons les connaissances théoriques pour mettre au point un projet réalisable qui permettrait de faire le compostage du plastique. Évidemment, on parle ici de méthodes qui ne sont pas encore au point pour être directement appliquées, et encore faut-il avoir l’investissement de la part du gouvernement et des compagnies pour supporter de tels projets. Aussi, il ne serait pas possible, selon elle, d’en faire du compost maison, car cela demanderait des conditions particulières que seul le compostage de ville procure.

Bien que le projet soit réaliste, les trois chercheurs de différents milieux, Mme Pelletier, Frank Schaper et Christoff Holliger, partagent une même opinion et restent sceptique face à l’idée. En effet, la structure du plastique n’est pas toujours la même, elle varie d’une forme cristalline à une forme amorphe. Par exemple, il y a des plastiques rigides, comme les contenants, et d’autres plus flexibles, comme les sacs. Plus la structure du plastique est cristalline, plus il est rigide et par conséquent difficile à dégrader. Ainsi, la dégradation du plastique, notamment par des larves, est très critiquée, car elle n’est faisable que sur des formes de plastiques amorphes soit des minces pellicules. Ils sont tous venus à la même conclusion que ce n’est pas nécessairement la solution miracle, mais elle peut être combinée à d’autres pour arriver à un résultat… presque parfait.

Dr. Pelletier, souligne que l’utilisation de plus en plus populaire de plastiques biodégradables serait une perspective à considérer. Selon elle, encourager les compagnies à changer le plus possible leur emballage, aurait un réel impact sur l’utilisation de plastique.

Bioplastiques

Les projets actuels s’orientent vers la production de plastiques entièrement de source biologique. Il existe, par exemple, des nylons faits à partir de molécules végétales, et donc qui ont une faible empreinte environnementale. Le chercheur Frank Schaper, un chimiste spécialisé dans la création de polymères à base d’acide lactique, est d’avis qu’il faut se questionner, dans un premier temps, sur l’enjeu à prioriser. Selon lui, des plastiques biodégradables peuvent être sécuritaires pour les animaux marins, mais peuvent aussi être une nouvelle source de C02 atmosphérique lors de leur dégradation, si la matière première provient de sources fossiles. Par contre, l’utilisation de polymères à base de plantes comme la cellulose pourrait être une alternative, sans dégagement de C02 atmosphérique additionnel, étant donné que les plantes l’utilisent déjà comme source de carbone.

Dans un autre ordre d’idée, le potentiel des microorganismes dans la dégradation des polymères est certes une perspective intéressante. À l’opposé, la création de polymères à partir d’algues ou de bactéries est un autre axe de recherche dans le domaine des bioplastiques. Le polyhydroxyalcanoate (PHA) est un polymère qui s’accumule naturellement dans les microorganismes comme les algues. L’utilisation de cet organisme a aussi l’avantage de produire ce bioplastique sans nécessiter des ressources fossiles. De son côté, le Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) est un bioplastique produit par différentes espèces de bactéries. Chaque espèce produit son propre PHB avec ses propriétés qui lui sont propres, ce qui rend ce polymère très polyvalent. De plus, ce produit bactérien est compostable dans différents environnements comme l’environnement marin.

Il est évident que ces solutions sont envisageables, mais le plus grand défi de ces polymères est de concurrencer avec la popularité du plastique. En effet, le plus grand défi du PHB est le fait qu’il est moins résistant que le plastique traditionnel donc brise plus facilement. Les manufacturiers de plastiques ont des décennies d’avance en connaissance et expertise tandis que l’utilisation des monomères à base d’acide lactique ou cellulose en est à ses débuts.

Un avenir prometteur

Qu’est-il possible de faire?

Vous n’êtes pas les seuls à vous questionner devant votre bac de recyclage. Ce que vous avez dans les mains est recyclable ou non? Est-ce que vous devez séparer le papier, le verre et le plastique?

Aussi, devez-vous le laver à l’eau chaude avec du savon avant de le recycler? Ces questions se répètent à chaque fois, et c’est normal que ce soit mélangeant. Il y a, en effet, beaucoup de types de plastiques. Certains se recyclent, d’autres se compostent, et d’autres doivent être jetés bêtement. C’est probablement l’une des sources les plus importantes de perte de contrôle de la gestion du plastique, car on opte le plus souvent pour la méthode la plus rapide. Ainsi, une meilleure organisation du plastique et du compostage serait une solution à développer.

Réduction des plastiques inutiles

On en demande beaucoup au plastique. On le voudrait durable dans notre quotidien mais qu’il se dégrade une fois dans l’environnement. Nous savons maintenant que le plastique est dommageable pour l’environnement, mais devons-nous pour autant cesser totalement de nous en servir? Avant toute chose, il faut se questionner sur l’utilisation que nous voulons en faire. Par exemple, utiliser le plastique pour usage unique ne semblerait pas un choix judicieux. Alors que pour un usage à long terme, le plastique serait peut-être le choix à faire. C’était sa raison d’être après tout. Ensuite, il serait possible de réduire la consommation de plastique inutile en donnant le plus possible, une nouvelle vie à nos objets. Ou encore, prioriser les compagnies qui fabriquent des produits à partir de plastique recyclé, comme des chandails, des bracelets, des crayons, etc.

Les solutions sont là, reste maintenant à poursuivre notre changement de mentalité et de nos actions. Étant donné l’ampleur de la problématique, il n’y a certes jamais trop d’idées.

Aussi, il est important de garder en tête qu’il n’y a pas qu’une seule solution miracle. Certaines technologies, comme celles présentées dans cet article et les multitudes d’autres non abordées, doivent être combinées pour être réellement efficaces et constater un changement significatif pour le bien-être de tous.