Première mondiale : le processus de dégradation des plastiques biodégradables marins clarifié

Shimadzu Techno-Research a élucidé, pour la première fois au monde, le processus de dégradation des plastiques biodégradables marins. Ces résultats expérimentaux servent de guide pour le développement de plastiques biodégradables marins plus performants et suscitent désormais un afflux constant de demandes d'évaluation de la part des fabricants de matériaux.

Makoto Yasojima, directeur général de la division environnementale de Shimadzu Techno-Research, qui a piloté ce projet, a déclaré : « La présence de microplastiques dans les océans est devenue un problème majeur, et pourtant aucune solution n’existe. C’était frustrant, comme si nous ne pouvions qu’assister impuissants à cette situation. En tant que société d’analyse contractuelle, nous nous sommes demandé comment nous pouvions contribuer et avons choisi les plastiques biodégradables marins – qui se décomposent facilement dans l’océan – comme sujet de recherche. »

Makoto Yasojima, le troisième en partant de la gauche au dernier rang, photographié avec des membres de l'équipe de recherche au laboratoire de recherche technologique Shimadzu

Inquiétudes concernant les effets nocifs des microplastiques

Les microplastiques, considérés comme un problème de société, sont des particules de plastique d'un diamètre inférieur ou égal à 5 mm. Les déchets plastiques jetés, tels que les sacs et les barquettes alimentaires, se décomposent en microplastiques sous l'effet de l'érosion éolienne et marine, ainsi que sous l'action de phénomènes chimiques comme les rayons ultraviolets et les variations de température. Lorsque ces particules atteignent l'océan, elles sont ingérées par les organismes marins, ce qui entraîne l'accumulation de substances nocives dans leur organisme. Des études suggèrent également que la consommation de poissons contaminés pourrait avoir des conséquences sur la santé humaine. Par ailleurs, l'élimination complète des microplastiques dérivant dans l'océan constitue une autre source de préoccupation majeure.

Les plastiques biodégradables comme solution au problème des déchets plastiques

Des efforts sont déployés à l'échelle mondiale pour résoudre les problèmes environnementaux causés par les plastiques. Parmi ces efforts figure le développement de plastiques biodégradables. La biodégradation désigne le processus par lequel les composés organiques sont décomposés en eau et en dioxyde de carbone par l'action de micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, et ainsi restitués à la nature. Cependant, les détails de ce mécanisme restent encore flous. Il en va de même pour les plastiques biodégradables marins, conçus pour se biodégrader facilement dans l'océan, mais dont l'innocuité après leur rejet dans le milieu marin n'a pas été scientifiquement démontrée.

Yasojima a déclaré : « Quand on entend l’expression “plastiques biodégradables marins”, on a tendance à imaginer que même si ces matériaux se retrouvent dans l’océan, ils finiront par se décomposer et disparaître, et qu’ils sont donc sans danger. Or, le consensus parmi les experts était en réalité presque tout autre. Que se passe-t-il exactement dans l’océan, et comment cela provoque-t-il la dégradation ? Se dégrade-t-il réellement, ou se fragmente-t-il simplement en microplastiques ? À l’époque, on en savait très peu. »

L'excitation était palpable dans le laboratoire : « Nous pouvons observer le processus de dégradation ! »

Les recherches ont débuté en 2019. La première étape a consisté à se procurer des produits en plastique biodégradable marin ayant fait l'objet d'évaluations selon des méthodes de test conformes aux normes ISO. À l'époque, ces produits n'étaient pas disponibles dans le commerce. Par chance, l'équipe de recherche a appris que des pailles en plastique biodégradable marin étaient distribuées à titre expérimental dans une supérette de la préfecture de Kochi, lors de l'achat de cafés glacés. « Nous avons fait six heures de route depuis Kyoto pour acheter des cafés glacés et nous avons réussi à récupérer quelques pailles », se souvient Yasojima. Par ailleurs, l'équipe a dû se rendre de son laboratoire de Kyoto à la baie d'Osaka pour prélever des échantillons d'eau de mer fraîche contenant des micro-organismes, afin de réaliser les expériences.

Cette diapositive illustre le comportement de biodégradation du matériau A dans l'eau de mer (fournie par Shimadzu Techno-Research). L'axe vertical représente la biodégradabilité (%), et l'axe horizontal la durée du test (en jours). Il est à noter que les échantillons à l'intérieur du réacteur ont été photographiés directement, ce qui permet de corréler visuellement le processus de dégradation avec la biodégradabilité mesurée.

Lorsque les pailles ont été immergées dans l'eau de mer, une substance visqueuse s'est formée autour d'elles en un mois environ, et elles ont complètement disparu en deux à trois mois. Après avoir confirmé la décomposition en conditions expérimentales, le défi suivant consistait à collecter et analyser efficacement cette substance visqueuse. Après plusieurs essais infructueux – en essayant de la détacher à la pince ou de la dissoudre avec des solvants organiques – les chercheurs ont finalement mis au point la méthode d'« ultrafiltration ». En filtrant l'eau contenant la substance visqueuse, ils ont pu récupérer efficacement les micro-organismes et les produits de décomposition. Ces derniers ont ensuite été analysés par spectrométrie de masse à haute précision afin de confirmer les modifications de leur structure moléculaire. C'était la première fois au monde que les étapes intermédiaires de la décomposition étaient observées.

Cette étude a été sélectionnée pour un financement de la NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) en 2020, et Shimadzu Techno-Research a participé au projet de développement technologique pour la mise en œuvre sociale des plastiques biodégradables marins. L'équipe de recherche poursuit ses travaux sur les plastiques biodégradables marins et travaille également à l'élaboration de méthodes d'évaluation de leur biodégradabilité dans les sols, qui constituent actuellement le principal segment du marché. Ce projet a reçu le prix « First a Dream Award », une distinction interne du groupe Shimadzu qui récompense les employés faisant preuve d'initiative et s'engageant pleinement dans la réalisation de leurs rêves et aspirations.

Commentaire de Makoto Yasojima, Shimadzu Techno-Research