La solution à la crise du plastique se trouve-t-elle dans les bactéries ?

Le plastique utilisé pour l’emballage des aliments représente une part considérable des déchets plastiques dans les décharges. Face aux préoccupations environnementales croissantes, les chercheurs se tournent vers des alternatives biodérivées.

Des scientifiques de l’Université Chinoise de Hong Kong (CUHK) ont mis au point un matériau comestible, transparent et biodégradable avec un potentiel considérable pour l’emballage des aliments. Leur travail est publié dans le Journal of the Science of Food and Agriculture.

La dépendance excessive aux produits pétrochimiques et la non-biodégradabilité intrinsèque de l’emballage plastique font de ce dernier un contributeur majeur à la contamination environnementale. L’équipe de la CUHK a axé ses recherches sur la cellulose bactérienne (BC), un composé organique issu de certaines bactéries, reconnu comme une solution durable, facilement accessible et non toxique pour remplacer l’usage omniprésent du plastique.

Le professeur To Ngai du département de chimie de la CUHK, auteur de l’étude, a expliqué que la remarquable résistance à la traction et la grande polyvalence de la BC sont la clé de son potentiel.

Il a déclaré : « De nombreuses recherches ont été menées sur la BC, y compris son utilisation dans les emballages intelligents, les films intelligents et les matériaux fonctionnalisés créés par mélange, revêtement et d’autres techniques. Ces études démontrent le potentiel de la BC comme substitut aux matériaux d’emballage en plastique à usage unique, ce qui en fait un point de départ logique pour notre recherche. »

Contrairement à la cellulose trouvée dans les parois cellulaires des plantes, la BC peut être produite par fermentation microbienne, ce qui élimine la nécessité de récolter des arbres ou des cultures. To Ngai a noté que de ce fait, « … cette méthode de production ne contribue pas à la déforestation ou à la perte d’habitat, faisant de la BC une alternative matérielle plus durable et respectueuse de l’environnement que la cellulose végétale. »

Jusqu’à présent, l’adoption généralisée de la BC a été limitée par sa sensibilité défavorable à l’humidité de l’air (hygroscopicité), qui a un impact négatif sur ses propriétés physiques.

Dans l’article, les chercheurs ont présenté une nouvelle approche pour surmonter les limites des matériaux à base de BC. En incorporant certaines protéines de soja dans la structure et en la revêtant d’un composite résistant à l’huile, ils ont réussi à créer un emballage composite à base de BC comestible, transparent et robuste.

To Ngai a précisé que cette approche présente une grande faisabilité pour l’augmentation d’échelle : « Elle ne nécessite pas de conditions de réaction spécifiques comme les réactions chimiques, mais plutôt une méthode simple et pratique de mélange et de revêtement. Cette approche offre une solution prometteuse au défi de développer des matériaux d’emballage durables et respectueux de l’environnement qui peuvent remplacer les plastiques à usage unique à grande échelle. »

L’étude a démontré que l’alternative au plastique pouvait être complètement dégradée en 1 à 2 mois. Contrairement à d’autres plastiques biodérivés comme l’acide polylactique, le composite à base de BC ne nécessite pas de conditions de compostage industriel spécifiques pour se dégrader.

« Le matériau développé dans cette recherche est entièrement comestible, ce qui le rend sûr pour les tortues et autres animaux marins à consommer sans causer de toxicité aquatique dans l’océan. » a expliqué le Pr. Ngai.

Les chercheurs de la CUHK explorent maintenant les orientations pour les recherches futures. Ils espèrent améliorer la polyvalence des films de BC modifiés, les rendant adaptés à une plus grande variété d’applications. Plus précisément, ils se concentrent sur le développement d’une colle thermodurcissable qui peut créer des liens forts entre la cellulose bactérienne, permettant de la mouler facilement en différentes formes lorsqu’elle est chauffée.

« L’un des principaux défis avec les films de cellulose bactérienne est qu’ils ne sont pas thermoplastiques, ce qui limite leur potentiel d’utilisation dans certaines applications. En abordant ce problème, nous espérons rendre les films de cellulose bactérienne plus compétitifs par rapport aux plastiques traditionnels tout en conservant leur caractère écologique, » a expliqué le Pr. Ngai.

Le Pr. Ngai espère que l’étude actuelle contribuera à combattre l’utilisation excessive de plastiques à usage unique, qui peuvent subsister pendant des centaines d’années après seulement quelques jours d’affichage sur les étagères des supermarchés.

« Cette recherche sert de rappel que les matières premières naturelles peuvent déjà posséder les caractéristiques nécessaires pour surpasser les fonctions des emballages en plastique« , a-t-il conclu.

En synthèse

Malgré les défis inhérents à la sensibilité à l’humidité de la BC, l’équipe de recherche de la CUHK a réussi à mettre au point une alternative viable et écologique aux emballages en plastique à usage unique. Grâce à la combinaison de protéines de soja et d’un composite résistant à l’huile, un matériau biodégradable, transparent et comestible a été créé, offrant un potentiel prometteur pour l’emballage des aliments. Des efforts sont encore nécessaires pour améliorer sa polyvalence et surmonter le défi de sa non-thermoplasticité.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la cellulose bactérienne (BC) ? La BC est un composé organique produit par certaines bactéries. Elle est considérée comme une alternative durable, accessible et non toxique au plastique.

Pourquoi la BC est-elle un choix respectueux de l’environnement ? La BC est produite par fermentation microbienne, ce qui élimine le besoin de couper des arbres ou de récolter des cultures. Elle ne contribue donc pas à la déforestation ou à la perte d’habitat.

Quels sont les défis liés à l’utilisation de la BC ? La BC est sensible à l’humidité de l’air, ce qui peut affecter ses propriétés physiques. De plus, elle n’est pas thermoplastique, ce qui limite son utilisation dans certaines applications.

Comment l’équipe de recherche a-t-elle surmonté ces défis ? Les chercheurs ont incorporé des protéines de soja dans la BC et l’ont revêtue d’un composite résistant à l’huile. Cela a permis de créer un matériau comestible, transparent et robuste.

Quelle est la durée de dégradation de ce matériau ? L’étude a montré que l’alternative au plastique peut être complètement dégradée en 1 à 2 mois.

Quel est l’impact de ce matériau sur la vie marine ? Le matériau développé est comestible et ne cause pas de toxicité aquatique dans l’océan.

Informations : Ka Man Cheung et al, Edible, strong, and low-hygroscopic bacterial cellulose derived from biosynthesis and physical modification for food packaging, Journal of the Science of Food and Agriculture (2023). DOI : 10.1002/jsfa.12758

Légende illustration principale : En incorporant des protéines de soja dans la structure et en la recouvrant d’un composite résistant à l’huile, l’équipe de CUHK a réussi à créer un emballage composite comestible, transparent et robuste à base de BC. Crédit : To Ngai