BIOPLASTIQUE

Ainsi  les bioplastiques sont des plastiques fabriqués à partir de bio polymères; il existe deux types de bios polymères.  Il s'agit d'une part des bio polymères issus d’organismes vivants, c’est-à-dire issues de ressources renouvelables, telles que le maïs, la patate, la banane etc... Et d'autre part, les bios polymères provenant de molécules polymérisables issues de réactions pétrochimiques. Certains matériaux présentent les deux caractéristiques.

 

Il faut donc distinguer deux types de bio polymères : ceux qui proviennent d'organismes vivants et ceux qui dérivent de ressources renouvelables mais qui nécessitent d’être au préalable polymérisés. On se sert des deux types pour produire les bioplastiques.

 

Après l'extraction de ces bios polymères, il existe deux méthodes de synthèse possible. Soit la méthode basée sur la fermentation, soit celle reposant sur l’utilisation de plantes modifiées génétiquement.

 

 

 

A) Bio polymères issus d’organismes vivants

Les bio polymères provenant d'organismes vivants sont synthétisés par les êtres vivants : végétaux, animaux et micro-organismes, comme le bois, ou sont produits par eux via une intervention extérieure. Ils comprennent notamment des glucides et des protéines. Nous leur reconnaissons en particulier des avantages dans la fabrication de matières platières à usage commercial.

 

La famille la plus importante est celle des polysaccharides comme l’amidon (le maïs, le blé et la pomme de terre, la cellulose). Une autre famille est constituée par les protéines (colza, tournesol, soja, pois, féveroles).

 

Le tableau ci-dessous nous présente quelques exemples :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fonction ester : La fonction ester désigne un groupement caractéristique formé d'un atome lié simultanément à un atome d'oxygène par une double liaison et à un groupement alkoxy du type -O-R'.

 

 

 

B) Bio polymères provenant de molécules polymérisables issues de réactions pétrochimiques

La fabrication de plastiques biodégradables s’effectue aussi par la polymérisation de molécules, dites polymérisables. Ils sont formés à partir de polymères naturels renouvelables ou bio polymères qui peuvent être d’origine agricole ou microbienne.

 

Le tableau ci-dessous nous présente différentes molécules polymérisables :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La pétrochimie représente un secteur important de l'industrie moderne. À partir de ressources fossiles ou de biomasse, elle fournit des matières intermédiaires qui servent de base à la fabrication de nombreux objets du quotidien.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C) Extraction des bio polymères

Il existe deux méthodes de synthèse des bioplastiques, soit par une réaction chimique, soit par modification génétique :

 

1) La fermentation

La fermentation est une technique utilisée par les hommes depuis des centaines d’années. Elle permet de produire de l'énergie (sous forme d'ATP) même en absence d'oxygène. Elle est utilisée par un très grand nombre d’organismes.

 

Certains organismes utilisent exclusivement cette voie métabolique, d’autres alternent entre fermentation et respiration, en fonction des conditions.

 

La fermentation est aussi utilisée dans de nombreux processus industriels, comme la production de fromage, d’alcool, etc. Nous allons présenter la synthèse par fermentation à partir d’amidon ou grâce aux bactéries.

 

L’amidon

L’amidon est un polymère de glucose (formule du glucose : C6H12O6)  que l’on trouve dans les organes de réserves de nombreuses plantes : les graines, les racines, les fruits, les tubercules et rhizomes. Présent dans les plantes, il est donc renouvelable.

 

La molécule d'amidon est une molécule organique qui a pour formule chimique brute  (C6H10O5)n. L'amidon est un mélange de deux homopolymères : l'amylose et l'amylopectine qui forment des chaînes de glucose qui peuvent ensuite être ramifiées pour servir à la synthèse des bioplastiques. Le ratio entre l'amylose et l'amylopectine dépend de la source botanique de l'amidon.

 

Formé lors de la photosynthèse, c’est une source glucidique majeure pour l’alimentation humaine et animale. La molécule est également utilisée en industrie de fermentation.

 

Structure chimique de l'amidon

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les bactéries

La bactérie est un micro-organisme unicellulaire et sans noyau (procaryote) dont le génome est constitué d'ADN. Celui-ci consiste en un seul chromosome, et on note éventuellement la présence de plasmides (petit morceau d'ADN circulaire). L'ensemble des bactéries forme le règne des eubactéries. Beaucoup de bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane.

 

(Sur le schéma ci-dessous, la bactérie ne possède ni noyau, ni organites)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La bactérie est  aussi nécessaire à la synthèse des bioplastiques notamment dans la méthode de la fermentation.

 

 

 

La fermentation permet de créer des bioplastiques d’où il existe deux sortes de fermentation:

Les bactéries sont l'un des types de micro-organisme susceptibles d'être utilisés pour la fermentation. Polymères et cellules bactériennes sont ensuite séparés.

 

L'acide lactique est obtenu par la fermentation du sucre. Le produit final de la fermentation est l'acide lactique plutôt qu'un polymère. On transforme ensuite l'acide lactique obtenu en acide polylactique par des méthodes de polymérisation.

 

 

 

La fermentation productrice de polymères bactériens

Pour réaliser cette fermentation on utilise l’un des microorganismes le plus commun à la fermentation : la bactérie. Les polymères sont directement bio synthétisé par l’accumulation dans le cytoplasme des bactéries.

 

Pour faire cela, on utilise la bactérie Ralstonia eutropha car ces bactéries se servent des sucres ou de l'amidon contenu dans les plantes – comme le maïs - pour réaliser ses processus cellulaires et produire des polyesters comme les polyhydroxyalcanoates (PHA). De cela on obtient alors le polymère appelé ‘bio polymère’.

 

Ces polymères sont ensuite séparés des cellules bactériennes et forment du plastique appelé alors ‘bioplastique’, car il est synthétisé de manière naturelle.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La fermentation productrice d’acide lactique

La fermentation lactique est un mode de fermentation qui, en présence de glucides et de bactéries spécifiques, induit la formation d'acide lactique.

 

L'acide lactique est obtenu par un procédé qui ressemble beaucoup à celui permettant d'obtenir des polymères à partir de bactéries.

 

La production d'acide lactique provoque une acidification du milieu, qui permet l'élimination d'autres bactéries, éventuellement pathogènes. Elle est donc utilisée pour la conservation des aliments.

 

Ainsi, des plantes riches en amidon, tel que le maïs, stockent de l’énergie. Il suffit de prélever des graines de maïs que l’on place avec des bactéries qui vont alors dévorer l’amidon pour accroître leurs ressources énergétiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Au bout de 24 heures, ce n’est plus un polymère mais de l’acide lactique (C6H6O3) Le produit final n'est pas un polymère et doit encore être polymérisé en acide poly lactique. Chauffé et pressurisé va devenir un polymère, molécule composée de 300.000 acides lactiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le glucose, l'adénosine diphosphate (ADP) et le phosphate inorganique (Pi) produisent de l'acide lactique et de l'adénosine triphosphate (ATP).

 

 

 

 

 

 

2) L’utilisation de plantes modifiées génétiquement

Oublié l’usage habituel que l’on faisait des plantes, elles constituent le support de fabrication de matières plastiques. Une variété de Arabidopsis thaliana, plantes appartenant à la famille des Brassicacées, renferme l'enzyme utilisée par les bactéries pour produire des matières plastiques.

 

Les bactéries produisent les matières plastiques en transformant la lumière solaire en énergie. Le gène, codant pour cette enzyme définie, a été inséré dans la plante, lui permettant par conséquent de produire le plastique.

 

On récolte la plante et on en extrait le plastique au moyen d'un solvant. La distillation du liquide obtenu permet ensuite de séparer le solvant du plastique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bio polymère: il s'agit de polymère se trouvant dans les matières organiques, contenant des glucides et des protéines. On le trouve par exemple dans le maïs.

 

Polymère : Un polymère est un enchaînement de motifs simples appelés monomères qui peuvent être identiques ou non.

 

Photosynthèse: La photosynthèse a pour but de créer de l'énergie (sous forme de glucide) à partir de l'énergie lumineuse provenant du soleil.

6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse → C6H12O6 (glucose) + 6 O2

 

Peptidoglycane : Le peptidoglycane forme la paroi bactérienne des bactéries à Gram positif et à Gram négatif.

 

Polymérisation : C'est une réaction qui à partir de molécules de faible masse moléculaires (monomères), forme par les liaisons de celles-ci, des composés de masse moléculaire élevée.