Grâce à un point de rupture prédéterminé intégré Des chercheurs mettent au point un polystyrène biodégradable

Le polystyrène fait partie des plastiques les plus importants au monde, mais il est jusqu'à présent considéré comme peu durable. Une équipe de chercheurs vient de mettre au point un polystyrène alternatif qui contient des matières premières renouvelables, peut être fabriqué de manière économe en énergie et est biodégradable. 

On le retrouve dans les emballages de protection des téléviseurs et des appareils électriques, dans les moulures décoratives et les plinthes utilisées dans l'aménagement intérieur des maisons, ainsi que dans les boîtes de Pétri : Le polystyrène est l'un des plastiques les plus importants au monde. Près de 20 millions de tonnes en sont produites. Ce matériau est jusqu’à présent principalement fabriqué à partir de pétrole brut et est difficilement recyclable.

Une équipe de recherche dirigée par le Centre Helmholtz Hereon affirme avoir mis au point un polystyrène plus durable. « Les facteurs que sont les matières premières biodégradables, la consommation d'énergie et le recyclage constituent une avancée majeure », déclare Phannaro Nhem, doctorant.  Des chercheurs de l’Université technique de Brandebourg à Cottbus-Senftenberg (BTU), de l’Université libre de Berlin et de l’Université Helmut-Schmidt de Hambourg ont également participé à ces travaux.

50 % de matières premières renouvelables

Le polystyrène disponible dans le commerce est obtenu en faisant réagir des molécules de styrène entre elles pour former du plastique. Au cours de ce processus, les molécules de styrène s'assemblent pour former une chaîne stable. Le récipient dans lequel se déroule la réaction doit être chauffé à cet effet. 

L'équipe a complété les molécules de styrène par un composé chimique, l'anhydride itaconique. Celui-ci peut être produit par fermentation à partir d'hydrates de carbone d'origine végétale, tels que le sucre. Le polystyrène contient alors environ 50 % de cette matière première d'origine biologique. Au lieu de récipients de réaction chauffés, les chercheurs ont utilisé le rayonnement micro-ondes comme source de chaleur. 

« C'est comme dans une cuisine familiale. Réchauffer un plat sur la cuisinière prend du temps et consomme beaucoup d'énergie. Les micro-ondes sont plus rapides », explique Phannaro Nhem. « Jusqu’à présent, la technologie des micro-ondes ne s’est pas encore largement imposée dans la synthèse des polymères », explique Francesca Toma, directrice de l’Institut Hereon pour les matériaux fonctionnels au service du développement durable. Les résultats montreraient toutefois qu’elle pourrait s’imposer comme une alternative plus économe en énergie pour les processus de polymérisation contrôlés.

Point de rupture prédéterminé pour le recyclage

De plus, l'équipe a utilisé le dibenzo[c,e]oxépane-5-thione (DOT) comme monomère, ce qui a permis d'intégrer des groupes thioesters dans le matériau. Ces éléments fonctionnent, au sein du réseau polymère, comme des points de rupture intégrés de manière ciblée. Cela permet par la suite de décomposer chimiquement le matériau en fragments plus petits. 

« Contrairement au polystyrène classique, notre variante se désagrège ainsi en petits fragments », explique Nhem. Les bactéries seraient également capables de décomposer ces petits fragments de polystyrène, ce qui n'est pas le cas du polystyrène classique, à structure compacte. 

« Ce nouveau polymère a été développé selon le principe du “Design for Degradation”, c’est-à-dire une dégradation contrôlée en fin de vie », ajoute Toma. Il ouvre ainsi la voie au polystyrène vers des cycles de vie fermés et vers l’économie circulaire.

De nombreuses applications sont envisageables

Les premiers essais montrent que ce matériau peut être mis en œuvre sur des presses à injection. À l'aide de l'installation de laboratoire actuelle, l'équipe a dans un premier temps fabriqué des mini-boîtes de Pétri de la taille d'une pièce de 1 euro. À terme, de nombreuses applications sont toutefois envisageables. De premières études menées avec des cellules souches humaines indiquent en outre que ce matériau présente une bonne tolérance biologique et qu’il convient tout autant aux cultures cellulaires que le polystyrène disponible dans le commerce.