Accélérer la conception de nouveaux bioplastiques
Nombreux sont ceux qui voient dans les nouvelles formes de plastique à base biologique un moyen de réduire l’impact de la pollution par le plastique. Mais nous devons nous assurer que ces nouveaux matériaux ne causeront pas, à leur tour, un nouveau problème environnemental. Le projet RenEcoPol(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) a démontré une méthode, basée sur des outils bioinformatiques et des stratégies d’écoconception, susceptibles d’accélérer le processus de développement de nouveaux polyesters qui peuvent se biodégrader en toute sécurité ou être récupérés et réutilisés. Les chercheurs, basés à l’Université de Trieste(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), ont conçu un outil qui peut simuler le comportement des monomères et des enzymes et sélectionner les meilleurs candidats. «Nous n’avons toujours pas trouvé de nouveaux monomères mais, en utilisant des outils bioinformatiques et des flux de travail automatiques, nous pouvons prédire leurs propriétés et considérablement accélérer le développement», explique Anamaria Todea, chercheuse principale de RenEcoPol, qui a travaillé avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). L’étape suivante a consisté à valider ces modèles en laboratoire. Pour ce faire, l’équipe de RenEcoPol a préparé et entièrement caractérisé 18 polyesters, certains nouveaux, d’autres déjà connus, tous issus de sources renouvelables, à des échelles de 10 g, 15 g et 50 g. «Nous avons réalisé la synthèse enzymatique du polyester et l’avons mise à l’échelle. Nous avons travaillé en conditions réelles, essayant d’effectuer des réactions dans des systèmes sans solvant ou à l’aide de nouveaux solvants respectueux de l’environnement, en utilisant des enzymes dans un système complètement vert», explique Anamaria Todea.
Biodégradabilité en mer
Les scientifiques ont ensuite examiné la capacité de biodégradation des polyesters biosourcés dans l’environnement marin, en testant un total de 25 échantillons. Ils ont également utilisé des enzymes pour hydrolyser ou décomposer les polyesters dans l’eau, à l’aide de deux enzymes disponibles dans le commerce, pour obtenir des rendements de biodégradation allant jusqu’à 90 %. «Il existe dans la nature des enzymes capables d’hydrolyser les polymères naturels. Nous avons utilisé différentes enzymes pour hydrolyser d’autres polymères, et pas seulement des polymères naturels», explique Anamaria Todea. Ils ont également évalué la toxicité potentielle des nouveaux polyesters en observant leurs effets sur les microalgues et les bactéries. Pour Anamaria Todea, les travaux sur l’écotoxicité comblent une lacune, car il n’existe actuellement que fort peu de données sur la biodégradation des polymères et monomères biosourcés, en particulier dans les milieux marins plutôt que dans les sols.
Mesurer l’écotoxicité
De nombreuses études démontrent que le plastique disparaît en quelques jours, mais Anamaria Todea entend comprendre comment se produit ce phénomène et s’il est toxique ou non. «Ces données contribuent à l’écoconception, car il est important de connaître dès le départ le comportement d’un monomère biosourcé dans différents milieux et de savoir s’il peut être sélectionné pour la synthèse ou non. S’il est biosourcé mais toxique, il ne sert à rien», ajoute Anamaria Todea.
Une véritable économie circulaire
Enfin, pour boucler la boucle, l’équipe a tenté de récupérer des monomères obtenus après dégradation enzymatique des nouveaux types de polyester. Ils ont mis au point des procédures pour les monomères solubles et insolubles qu’ils ont réutilisés dans une nouvelle réaction, atteignant des rendements de 76 % à 90 %. «En exécutant chacune de ces étapes, nous avons réellement contribué aux critères de bioéconomie et démontré notre conformité à l’économie circulaire. Les résultats ont été validés et peuvent servir de point de départ à la création de nouveaux polyesters biosourcés dotés des propriétés souhaitées: faible écotoxicité, biodégradabilité marine et biodégradabilité enzymatique», explique Anamaria Todea.
Mots‑clés
RenEcoPol, polyester biosourcé, plastique, polyester, enzymes, monomères, polymères, synthèse enzymatique, écotoxicité, biodégradabilité, biodégradabilité marine
