Des précisions de César Guy, président du SerpBio

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A propos des plastiques oxodégradables… E. Gastaldi et G. César Il s’agit essentiellement des polyoléfines comme le polyéthylène qui sont des matériaux naturellement très sensibles à l’oxydation, cause principale de leur vieillissement prématuré, et qui sont donc stabilisés par l’ajout de composés stabilisants et antioxydants (il en existe près de 150) utilisés pour limiter le plus possible les phénomènes photo et thermooxydatifs. Les polyoléfines ainsi stabilisées sont aujourd’hui à ce point résistantes au vieillissement que leur durée de vie après mise en oeuvre et avant dégradation complète et réintégration dans le cycle du carbone, est estimée à environ 600 ans. Au fil des années, cette résistance est devenue un inconvénient car provoquant des dispersions, des accumulations et des pollutions diverses non souhaitées, car ces plastiques ne sont souvent ni récupérés, ni recyclés. Une stratégie s’est développée et elle consiste à renforcer par voie chimique les propriétés naturellement oxidatives des matériaux plastiques existants. Dans un premier temps, on a donc ajouté aux polyoléfines des mélanges plus ou moins complexes de matériaux biodégradables biosourcées (amidon principalement) et (ou) de molécules photodégradantes (les quinones et leurs dérivés par exemple) et (ou) thermodégradantes (parfois appelées chimiodégradantes – carboxylate de sodium par exemple).

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Publié le 06 janvier 2015
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A propos des plastiques oxodégradables…
E. Gastaldi et G. César
Il s’agit essentiellement des polyoléfines comme le polyéthylène qui sont des matériaux naturellement très sensibles à l’oxydation, cause principale de leur vieillissement prématuré, et qui sont donc stabilisés par l’ajout de composés stabilisants et antioxydants (il en existe près de 150) utilisés pour limiter le plus possible les phénomènes photo et thermooxydatifs. Les polyoléfines ainsi stabilisées sont aujourd’hui à ce point résistantes au vieillissement que leur durée de vie après mise en oeuvre et avant dégradation complète et réintégration dans le cycle du carbone, est estimée à environ 600 ans. Au fil des années, cette résistance est devenue un inconvénient car provoquant des dispersions, des accumulations et des pollutions diverses non souhaitées, car ces plastiques ne sont souvent ni récupérés, ni recyclés.
Une stratégie s’est développée et elle consiste à renforcer par voie chimique les propriétés naturellement oxidatives des matériaux plastiques existants. Dans un premier temps, on a donc ajouté aux polyoléfines des mélanges plus ou moins complexes de matériaux biodégradables biosourcées (amidon principalement) et (ou) de molécules photodégradantes (les quinones et leurs dérivés par exemple) et (ou) thermodégradantes (parfois appelées chimiodégradantes – carboxylate de sodium par exemple). Les récents développements font surtout appel à des produits possédant la double propriété photo et thermodégradante (essentiellement des dérivésdu cobalt, du manganèse, du fer ou du nickella forme stéarates sous par exemple), l’adjonction de matériaux biodégradables biosourcées étant tombé en désuétude.
Aujourd’hui, les matériaux (films le plus souvent) en plastique oxo-dégradables, sont des plastiques portant des dénominations très différentes telles que : oxo-fragmentable, oxo-dégradable, oxo-biodégradable, fragmentable ou dégradable, voire dans certains cas photo et/ou thermo-dégradables. Il s’agit de plastiques additivés de substances chimiques diverses (en général des métaux de transition) susceptibles de fortement accélérer la dégradation de ces matériaux par des voies physico-chimiques (photo, thermo et oxo dégradation). Sous l’effet conjugué de l’exposition à la chaleur, la lumière (UV) et l’air (oxygène), il se produit une oxodégradation qui se traduit in fine par une désintégration du matériau libérant dans l’environnement des petits et micro-fragments de plastique ainsi que divers produits de dégradation tels que des acides organiques, des cétones et des alcools.
Si certains de ces additifs sont (dans l’état actuel des connaissances) peu (éco)toxiques (cas des stéarates de manganèse, de nickel et de fer, par exemple), d’autres le sont nettement moins (cas du stéarate de cobalt par exemple) et d’autres enfin sont reconnus pour être toxiques (cas du dithiocarbamate de Fer III par exemple). Or, dans le contexte actuel de mondialisation de l’économie, il est devenu très difficile d’accéder à la traçabilité des matières premières qui entrent dans leur composition (en particulier, lorsque ces matières premières proviennent d’Asie) d’autant plus que le nom et la concentration en prooxydant En outre, ces plastiques représentent également un danger pour la filière de recyclage car ils perturbent la valorisation par recyclage. Ils sont d’ailleurs aujourd’hui refusés par l’Association européenne de recyclage des plastiques (Plastics Recyclers Europe). À l’heure où l’Europe et la France se sont données comme priorité le recyclage des
matières plastiques, ce danger ne peut être ignoré. Les consommateurs doivent être protégés de cette publicité trompeuse, fondée sur des allégations mensongères car les plastiques « oxo » ne sont pas valorisables au sens de la Directive 94/62EC.
Depuis quelques années apparaissent de nombreux articles consacrés à l’oxodégradabilité et à la biodégradabilité des polyoléfines, plus particulièrement pour les polyéthylènes. Si l’oxodégradabilité ne souffre aucune contestation, il n’en est pas de même pour la notion de biodégradabilité. Certains articles tendent à démontrer la biodégradabilité des polyoléfines additivées alors que dans un même temps d’autres démontreraient l’inverse. En raison même du mode de dégradation des polyoléfines additivées la plupart des auteurs s’exonèrent le plus rapidement possible de la période nécessaire à l’oxydation chimique avant d’étudier la phase de biodégradation. Pour ce faire et pour accélérer le processus d’oxydation les matéraiux sont « prétraités » de manière plus ou moins drastique.
Au-delà, les échantillons vont être exposés aux micro organismes, pour en déterminer leur aptitude à la bioérosion (et) ou à la bio assimilation.
Les résultats obtenus mettent en évidence une grande variabilité des réponses que l’on peut obtenir avec les matériaux additivés et qui sont autant de facteurs qui expliquent largement les incompréhensions qui peuvent surgir et les polémiques qui peuvent en résulter. Au-delà des phénomènes de dégradation physico-chimiques, certaines études montrent qu’une véritable biodégradation peut être observée mais elle est très limitée. Par ailleurs elle est obtenue dans des conditions très particulières qui ne reflètent en aucune façon les conditions d’utilisation (cas des sacs plastiques) ou encore les conditions météorologiques (cas des films agricoles) que pourront rencontrer ces matériaux au cours de leur cycle de vie.
1 Des tests respirométriques sur sol réel, réalisés à la SEHBS (Station Expérimentale d’Horticulture de Bretagne Sud dépendant de la Chambre d’Agriculture du Morbihan) sans et avec pré-traitement « naturel » ou « artificiel » des PE additivés montrent qu'on atteint des niveaux de biodégradation aussi variables que -6% (inhibition) ou 10% à 15% au bout d'une année d'incubation à 28°C. Comme à la SEHBS, Pierre Feuilloley au CEMAGREF (2003) observe sur banc respirométrique automatisé, avec des PE additivés non prétraités, des respirométries négatives interprétées comme des phénomènes d’inhibition. Alain Copinet de l’ESIEC (2007) atteint des valeurs de l’ordre de 8% de minéralisation en 130 jours avec des sacs de caisse en PE additivé, sans prétraitement initial. Françoise Silvestre de l’ENSIACET (2003) trouve des valeurs proches de 40% en 183 jours avec des matériaux pré-traités testés en milieu liquide à 38°C en présence de bactéries activées issues de stations d’épuration. Emo Chielini (Université de Pise - 2001) démontre une biodégradation atteignant un peu plus de 50% en 500 jours avec un PE additivé prétraité à la chaleur. Dans un même temps un PP additivé ne subit aucune biodégradation.
Normes Concernant la biodégradabilité, la plus importante est la norme européenne EN NF 13432 "Emballages, exigences relatives aux emballages valorisables par compostage et biodégradation » La norme NF U 52001 :biodégradables pour l'agriculture et« Matériaux l'horticulture. Produits de paillage. Exigences et méthodes d'essai. »est une norme française
qui vérifie la biodégradabilité des films plastiques en milieu naturel par enfouissement dans le sol. Toutes ces normes,ne faisant appel à aucun prétraitement préalabletests de aux biodégradations, sont bien adaptées à des matériaux à biodégradation relativement rapide (de l’ordre de quelques semaines à 1 année) mais ne sont pas adaptées à des matériaux à biodégradation longue (plusieurs années ou dizaines d’années). Dans la mesure où des biodégradations peuvent être observées avec des matériaux oxodégradables, elles ne le sont qu’au-delà de la phase oxydative, une fois les matériaux suffisamment déstructurés pour pouvoir subir les attaques exo et (ou) endoenzymatiques de la microfaune (flore) environnementale.
PRINCIPALES RAISONS DE LA POLEMIQUE Les raisons tiennent essentiellement au vocabulaire, à la méthodologie et enfin aux additifs. Le vocabulaire employé prête à confusion. Ainsi on trouve dans les documents publicitaires des fabricants aussi bien que dans la littérature scientifique des termes tels que: "dégradables", "photodégradables", "biodégradables", « oxo-dégradables », "oxo-biodégradables", "hydro-biodégradables", "chimio-dégradables", "chimio-thermo-dégradables", chimio-photo-dégradables », "chimio-biodégradables », « fragmentables » etc…etc… Pour clarifier le débat, il est nécessaire de fixer la notion et la définition de la biodégradabilité d'un matériau.
En outre, pour être plus précis, et pour des raisons environnementales évidentes, ces définitions sont complétées par des notions de durées admissibles à l’accomplissement des phénomènes de biodégradation. En effet, sans cette dimension fondamentale, tous les polymères seraient, à terme, biodégradables… Bref, jusqu’à présent, le phénomène de biodégradation était une somme de phénomènes plus ou moins complexes et assez mal identifiés et qui aboutissaient à la« disparition »du produit. Il est nécessaire de préciser que le préfixe « bio » vient du latinbiosqui signifie « vie, êtres vivants » et concerne tout ce qui s’y rattache. Par exemple la biologie est la science des êtres vivants, un matériau biodégradable est dégradé par les êtres vivants. Le phénomène de biodégradation ne peut donc pas être séparé de l’intervention des êtres vivants. Les incohérences sur la terminologie ont été soulignées de nombreuses fois mais il existe encore trop de confusions, de définitions, de vocabulaire dans le domaine des matériaux biodégradables. Ce désordre sur le vocabulaire avait déjà alerté les scientifiques depuis plusieurs années et le groupe de travail WG9 du CEN TC 249 sur les matériaux biodégradables a réalisé un rapport 2 sur ce sujet qui fixe désormais la terminologie au niveau européen et il convient, autant que faire ce peut, de s'y référer. Hélas, de nouveaux termes et concepts apparaissent, comme par exemple « biosourcé », qui ne simplifient le jargon de la spécialité. Le manque de rigueur sur le vocabulaire a conduit certains auteurs à ne donner aucune définition de la biodégradabilité dans leurs articles, ajoutant ainsi la confusion à la confusion.
Les méthodes utilisées pour mesurer la biodégradation d’un matériau sont très variables d’un auteur à un autre mais une des sources principales de divergence tient aux « prétraitements » que font subir ou non les divers auteurs d’articles. Certains auteurs, estimant que les techniques comparatives doivent rester identiques pour tous les matériaux susceptibles d’être biodégradables, ne font subir aucun prétraitement aux polyoléfines additivées avant un quelconque test ayant pour but d’en démontrer ou infirmer la biodégradabilité. D’autres auteurs, au contraire, arguant du fait qu’aucune biodégradation ne peut être envisagée avant que la phase oxydative n’ait été achevée (ou du moins n’ait atteint un niveau oxydatif « suffisant ») font systématiquement subir des prétraitements oxydatifs sous UV et chaleur avant d’envisager un quelconque test de biodégradation Enfin, la mesure de biodégradabilité elle-même, est fonction des auteurs qui, pour certains, utilisent des méthodes non normalisées, avec des conditions expérimentales souvent éloignées des conditions naturelles. Les résultats des mesures de biodégradation sont très variables. Cependant, des essais 3 circulaires réalisés dans le cadre d'un projet européen , ont au contraire démontré la faible biodégradabilité des PE additivés (parfois même des phénomènes d’inhibition ont été mis en évidence) quelles que soient les méthodes de mesures (aérobie, anaérobie, compost) alors que des tests d'enfouissement dans un sol agricole montrent une fragmentation (mais pas forcément une biodégradation) totale au bout de 11 mois . On constate ainsi des différences apparentes de résultats aboutissant à des divergences d’interprétations entre les divers tests de laboratoires et de terrain. Quoique restant très secrète, on sait que les compositions et les concentrations en additifs divers (anti-oxydants, pro-oxydants mono ou multimétalliques, etc…) a fortement varié au cours des dernières années et continue à être améliorée. Il est évident que ces additifs ont eu à des degrés variables un impact très important sur la mesure de la biodégradation avant ou après prétraitement oxydatif. On trouve ici une autre cause importante de divergence apparente entre les résultats expérimentaux qui eux, par essence, s’étalent sur plusieurs années alors que la composition des additifs peut parfaitement varier pendant ce temps là, voire d’une extrusion à une autre…
Le texte complet avec bibliographie peut être obtenu viahttp://serpbio.fr