Les plastiques sont partout : dans nos emballages, dans l'industrie textile, dans les jouets ou encore en médecine. Leur production mondiale ne cesse de croître. Plus de 80 % d'entre eux contiennent des polymères très stables issus principalement d'hydrocarbures fossiles qui s'accumulent dans les sols et les mers. Ils y libèrent des micro- et nanoplastiques, soulevant de nombreuses préoccupations en matière de toxicité humaine et environnementale.
Les plastiques biodégradables représentent une solution plus écologique, grâce à leur structure chimique facilement décomposable, contrairement aux plastiques classiques basés sur des liaisons carbone-carbone stables. Malgré leur intérêt pour l'environnement, en 2024, les plastiques biodégradables représentaient encore moins de 1 % de la production plastique totale. Afin d'encourager leur usage, il est apparu essentiel de s'assurer de leur non-toxicité.
Dégradation des plastiques : que se passe-t-il vraiment ?
Une équipe du CEA-Irig a étudié plusieurs plastiques biodégradables « purs », sous forme de billes de moins de 1 micron vieillies artificiellement. Des suspensions de particules ont été exposées pendant 96 heures à 40 °C sous une lumière reproduisant le soleil équatorial.
Grâce à une analyse par chromatographie liquide haute performance (technique couramment utilisée pour séparer et quantifier les composants d'un échantillon liquide), couplée à la spectrométrie de masse (technique analytique de composés très puissante et très sensible), les chercheurs ont pu séparer et identifier les produits solubles issus de la dégradation. Ils ont ainsi démontré une décomposition chimique des particules par l'action de l'eau (hydrolyse), laissant apparaitre de nouvelles molécules : des oligomères. Les oligomères sont des molécules constituées d'un petit nombre (généralement inférieur à dix) d'éléments identiques ou très semblables.
Ces observations renseignent donc sur le mécanisme de dégradation de ces plastiques, et sur le type de molécules relarguées dans l'environnement auxquelles peuvent être exposée la population.
Une dégradation dépendante de l'environnement
Parmi les plastiques étudiés, les chercheurs se sont notamment intéressés au polycaprolactone (PCL), un plastique biodégradable utilisé dans certains emballages et dans le domaine médical.
Grâce à la synthèse chimique d'oligomères de PCL, ils ont pu optimiser les méthodes d'analyse et collecter des données quantitatives sur les différents oligomères de particules de PCL. Leurs résultats montrent que la vitesse d'hydrolyse ne dépend pas de la taille initiale des particules, mais de deux facteurs distincts :
- la température : la dégradation est plus rapide à 60 °C qu'à 40 °C ;
- la composition du milieu : la décomposition est trois fois plus importante en eau de mer qu'en eau pure.
En d'autres termes, température, lumière et composition du milieu influencent fortement la dégradation et la quantité de molécules libérées.
Les travaux menés constituent une avancée importante dans l'identification et la caractérisation des composés libérés lors de la dégradation des plastiques biodégradables. Les outils chimiques analytiques utilisés ont permis de démontrer la prédominance des réactions d'hydrolyse lors du vieillissement de particules.
Ces données complèteront les études de toxicologie actuellement en cours in vitro, qui devraient confirmer l'innocuité des plastiques biodégradables et confirmer leur utilisation comme alternative aux matériaux conventionnels à l'origine de la pollution plastique actuelle.