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Généralités sur les biopolymères
Définitions
Définitions du biopolymère du biopolymère Nombreuses sont les définitions permettant de décrire ce qu’est un biopolymère : Selon le Laboratoire National des Essais (LNE), les notions de « bioplastique » ou de «biopolymère» ont des significations différentes selon les circonstances dans lesquelles elles sont utilisées : ∗ il se réfère parfois à des matières plastiques produites (en partie) à partir de matières premières végétales ou animales renouvelables, se dit d’un matériau bio-sourcé. ∗ dans certains cas, il se réfère à des matières plastiques biodégradables ou compostables. ∗ dans d’autres cas, il se réfère à la combinaison des deux. Il est important de comprendre que les plastiques à base de matières premières renouvelables ne sont pas toujours biodégradables et que les plastiques biodégradables ne sont pas nécessairement produits à partir de matières premières renouvelables. Selon l’International Union of Pure and Applied Chemistry (UIPAC), les biopolymères se définissent comme étant des biomacromolécules synthétisées par des organismes vivants. Selon l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME), les biopolymères sont des polymères naturels issus de ressources renouvelables de plantes, d’algues ou d’animaux. Les biopolymères peuvent aussi être obtenus par polymérisation de monomères naturels et par la fermentation des micro-organismes
Genèse des biopolymères
Les biopolymères qui sont des plastiques produits principalement à partir de matières premières renouvelables sont les pionniers des matières synthétiques. La première fabrication industrielle de matière plastique s’est faite à partir de la cellulose issue du coton. Dès 1869, les frères Hyatt produisaient aux États-Unis du bioplastique avec du « celluloïd ». Et quelques années plus tard, on commençait même déjà à produire massivement de la cellulose régénérée, mieux connue sous le nom de marque « cellophane ». Au début du XXème siècle cependant, la découverte de la fabrication de plastiques à base de pétrole a permis de réduire les coûts de production et les plastiques bio-sourcés ont pratiquement disparu pendant des décennies. Ce n’est que dans les années 1980 que la hausse des prix du pétrole et une prise de conscience écologique progressive ont conduit à de nouveaux développements dans le domaine du bioplastique.
L‘importance des biopolymères
L‘importance des biopolymèresdans la demande dans la demande dans la demandeglobale en matières plastiques bale en matières plastiques [3] La demande mondiale en matières plastiques se situe à quelques centaines de millions de tonnes par an et elle ne cesse de croître. A elle seule, l’Europe représente environ un quart de cette demande. Comme les matières plastiques peuvent avoir des propriétés très variables en fonction de leurs applications, elles sont le matériau de choix pour de nombreux produits de la vie quotidienne. Jusqu’à présent, les bioplastiques sont peu fabriqués et, avec 900 000 tonnes en 2011 sur le marché mondial, leur part reste très faible. Mais leur importance croît rapidement car ils peuvent remplacer les plastiques issus du pétrole dans de nombreuses applications. En raison de leur biodégradabilité potentielle, ils présentent un avantage essentiel par rapport aux plastiques non biodégradables ou difficilement biodégradables. C’est pourquoi aujourd’hui déjà, nous les retrouvons dans de nombreux emballages, vaisselle jetable, produits pour le secteur médical ou d’autres produits à courte durée de vie.
Les propriétés des biopolymères
De par leurs propriétés chimiques, les biopolymères présentent des propriétés particulières et intéressantes utilisées dans des domaines très variés tels que l’emballage, l’agriculture, la construction, l’automobile, l’électronique et le textile. Ils sont également employés pour des applications à forte valeur ajoutée dans le domaine médical (implants vasculaires, fils de suture, vis et broches, ligaments artificiels…).
Propriétés chimiques
La présence de fonctions chimiques sur les molécules leur attribue des propriétés particulières et des facilités à réagir avec d’autres molécules. Leur réactivité est due à la présence des fonctions alcool, acide, amine ou aldéhyde qui réagissent facilement grâce à leur site nucléophile et électrophile. Une autre particularité des biopolymères est l’existence de stéréo-isomères due à la présence de carbone asymétrique sur certains bio-monomères comme l’acide lactique. Cette propriété influence les propriétés physiques des polymères. Dès lors, on peut modifier les propriétés physiques et mécaniques des polymères ainsi que leurs applications.
Perméabilité à la vapeur dʼ eau
La plupart des biopolymères comme l’amidon, la cellulose et les protéines sont hydrophiles, ce qui leur confère des propriétés de perméabilité à la vapeur d’eau. Ces propriétés sont dues notamment à la présence de fonctions polaires hydroxyle et/ou amine qui ont une forte réactivité avec l’eau par formation de ponts hydrogènes. Cependant, cette perméabilité à la vapeur d’eau pourrait être un inconvénient dans certaines applications, notamment pour les emballages alimentaires. Par exemple, les viennoiseries ne peuvent pas se trouver dans un endroit trop humide pour conserver leur fraîcheur. Par contre, pour certains types d’emballage, elle est avantageuse. En effet, en évitant les condensations, la durée de conservation des produits frais est allongée. Cette propriété trouve également une application dans les emballages des produits humides leur laissant la possibilité de continuer de sécher pendant les étapes de stockage et de transport
Biocompatibilité
Un matériau biocompatible est un matériau qui est capable d’assurer une fonction avec une réponse appropriée et sans effets indésirables sur l’environnement biologique dans lequel il est appelé à fonctionner. La réponse biologique d’un matériau dépend de trois facteurs : ses propriétés, la caractéristique de l’hôte et la demande fonctionnelle pour le matériau. Les biopolymères par leur origine naturelle, remplissent logiquement cette fonction et les implants médicaux en matériau inerte comme les céramiques sont de plus en plus remplacées par des polymères d’origine naturelle.
Biorésorbabilité
En plus de la biocompatibilité, on recherche également pour des applications médicales spécifiques des matériaux biorésorbables pouvant se décomposer tout naturellement dans l’organisme humain pour être remplacés après par un tissu vivant. Les biopolymères se dégradent naturellement dans l’organisme humain par hydrolyse (enzymatique) et libèrent des molécules assimilables et non toxiques. En pharmaceutique, les médicaments à libération contrôlée sont des exemples d’application où la biorésorbabilité des polymères joue un rôle important comme l’illustre la figure ci-contre.
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