Le plastique

21/08/2017

Cet article présente le recyclage enzymatique pour répondre à la problématique des déchets plastique, présentée ici.

Le recyclage enzymatique : une solution pour le PET opaque (?) et autres larves mangeuses de plastiques

En France, le PET opaque remplace progressivement le PEHD dans la fabriquations de bouteilles de lait, grâce à un coût et un poids moindre. Le PET opaque est fabriqué par addition d’un agent opacifiant dans le mélange, généralement de l’oxyde de titane. Cet additif, qui le rend opaque, le rend aussi impossible à recycler tel quel ! Le PET opaque est néanmoins recyclable si mélangé à d’autres objets à base de PET (jusqu’à 15% en masse), auquel cas il détériore la qualité globale du recyclage. Les infrastructures actuelles ne permettant pas d’ajouter une étape de tri à un coût raisonnable.

Toutefois, un nouveau concept de recyclage présente un potentiel important pour résoudre ce type de problème : le recyclage enzymatique. Est-ce une bonne solution ? Pour se forger une opinion, il faut tout d’abord comprendre en quoi elle consiste, dans quel contexte elle est utilisée et quel est son potentiel.

Qu’est-ce qu’une enzyme ?

Une enzyme est une protéine, c’est à dire un polymère naturel formé d’acide aminés. Les enzymes sont présentes en abondance dans tous les êtres vivants et jouent le rôle de catalyseur : elles facilitent certaines réactions chimiques qui se déroulent dans notre corps.

Spécificité

Les enzymes sont très spécialisées : une enzyme “reconnaît” une seule protéine ou molécule – appelée substrat – et n’autorise qu’une seule réaction chimique à se produire. Une enzyme en présence des “mauvais” réactifs sera totalement inactive.

Il est possible de moduler l’activité des enzymes, grâce à des molécules qui vont donc accélérer ou ralentir l’activité de l’enzyme et en ajustant les conditions de la réaction chimique, par exemple la température et l’acidité.

Les réactions catalysées par une enzyme peuvent être :

  • soit la coupure d’une liaison chimique, l’enzyme jouant le rôle de “ciseau moléculaire” (à gauche sur le schéma ci-dessous);
  • soit, à l’inverse, la formation d’une liaison chimique, l’enzyme jouant alors le rôle de “colle moléculaire” pour joindre deux molécules (à droite sur le schéma ci-dessous).

Réutilisabilité

Les enzymes ont la particularité d’être réutilisables : à condition d’être utilisées et conservées dans les bonnes conditions (qui dépendent de l’enzyme en question), elles peuvent réaliser la même réaction chimique un très grand nombre de fois (plusieurs milliers à milliards). Toutefois, les enzymes finissent par se déformer et par perdre leurs propriétés après un certain temps, en particulier à chaud. Cependant, il est possible de fabriquer des enzymes artificielles et de les rendre plus résistantes et, donc, plus durable.

Les enzymes artificielles

Ainsi, des enzymes peuvent être conçues pour reconnaître et couper un type de liaison dans un polymère et permettre donc la dépolymérisation avec une très grande efficacité. Les monomères produits lors de la dépolymérisation peuvent ensuite être séparés grâce à une technique chimique classique, utilisant une colonne poreuse contenant un matériaux spécifique : c’est la chromatographie. Avec un contenu poreux laissant passer plus rapidement les plus petites molécules que les plus grandes, on sépare les produits par taille. On peut aussi utiliser un contenu poreux contenant une “glue chimique” spécifique, qui va retenir plus fortement certain type de molécules que d’autres (affinité chimique).

Quelles limites ?

La spécificité des enzymes pour une liaison chimique est aussi un inconvénient puisqu’il ne peut donc pas exister d’enzyme unique capable de dégrader tous les plastiques. Chaque type de plastique requiert la conception sur mesure d’une enzyme et, au besoin, son renforcement pour en augmenter la résistance à la dégradation.

Si le recyclage enzymatique est bien une solution durable et propre, une fois tous les paramètres optimisés – de la conception à la production de l’enzyme – arriver à cette étape demande un investissement en recherche et développement conséquent. De plus, il n’est pas garantit qu’on arrive à trouver un enzyme efficace pour chaque type de plastique.

Où en est-on, en pratique, du recyclage enzymatique des plastiques ?

L’entreprise française Carbios est en train de développer la première solution industrielle de recyclage enzymatique sur le marché. En collaboration avec TechnipFMP, l’entreprise travaille sur une solution enzymatique pour recycler le PET, quel que soit son type et ses additifs et annonce sa mise sur le marché d’ici à 2020. Il s’agit donc potentiellement d’une solution au problème posé par le PET opaque. De plus, grâce à la spécificité des enzymes, cette technique pourrait permettre l’extraction du PET dans des polymères multicouches et ainsi rendre possible le recyclage au moins partiel des multicouches. Sur le long terme, cela pourrait potentiellement se traduire par une diminution de la nécessité du tri des déchets plastiques.

Source : Carbios

Carbios se spécialise dans l’utilisation d’enzymes à des fins écologiques. L’entreprise a également développé une méthode de bio-production d’acide polylactique (PLA) pour en réduire le coût de production par rapport aux méthodes traditionnelles, ainsi qu’un plastique enzymé à bio-dégradation programmée à base de PLA.

Suivez la piste de la larve mangeuse de plastique

Plus tôt cette année, on a entendu parler d’une larve mangeuse de plastique. En effet, la larve de Galleria Mellonella ou gallérie a fait la une des journaux scientifiques lorsque sa capacité à “manger” des sacs en PE a été découverte dans le cadre d’une collaboration entre l’Université de Cambridge (RU) et l’Université de Cantabria (Espagne).

Crédit photo : Federica Bertocchini, Paolo Bombelli, and Chris Howe

Une centaine de larves ont ainsi été capable de consommer environ 92 mg de PE d’un sac plastique en l’espace de 12 heures. Si ce rythme peut sembler faible (par rapport aux quantités de déchets plastiques produits quotidiennement), c’est la méthode de dégradation du PE la plus rapide connue aujourd’hui. En 2016, une bactérie capable de dégrader le PET à raison de 0,13 mg par jour a été découverte; avec la larve de Galleria Mellonella, on parle donc d’une dégradation environ 1000 fois plus rapide. De plus, il est bon de garder en tête que la plupart des plastiques persistent en décharge pour plusieurs centaines d’années.

Mais le fait que cette larve puisse manger du PE n’est pas tout à fait surprenante : dans la nature, la gallérie s’infiltre dans les ruches d’abeille et s’y nourrit de cire. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle on les surnomme parfois la “Fausse Teigne de la Cire”. Cela peut s’expliquer car la structure chimique du PE et celle de la cire d’abeille sont très proches :

Mais pourquoi vous parle-t-on de cette larve ici ? C’est que cette similarité de structure amène les chercheurs impliqués dans le travail a penser qu’une enzyme est responsable de la capacité de dégradation de la gallérie.

En effet, en termes d’applications, il n’est pas possible d’élever la gallérie en grandes quantités et de les relâcher dans des décharges – elles se répandraient alors de façon non-contrôlée, posant un risque important pour les abeilles, qui sont déjà dans une situation suffisamment délicate. Ce n’est qu’en identifiant, extrayant et développant un processus biochimique autour de cette enzyme que l’on pourra utiliser cette découverte à l’échelle industrielle pour le biorecyclage des déchets plastiques.

Ce travail est sous licence CC-BY SA :