Article de Stéphanie Arnaud (MS EEDD parcours RSEDD 2024-25)

Introduction

En 2019, la production mondiale de plastiques a généré 353 millions de tonnes de déchets, selon les statistiques publiées par l’OCDE [1] en 2022. Ce chiffre devrait grimper à 1 014 millions de tonnes d’ici 2060, avec un taux de recyclage en 2022 toujours alarmant de seulement 9 %. La majorité de ces déchets (50 %) sont enfouis dans des décharges, tandis que 19 % sont incinérés et 22 % ne sont pas gérés, entraînant des rejets dans l’environnement à hauteur 22 millions de tonnes. Ce constat est d’autant plus préoccupant que les plastiques à usage unique, comme les emballages, représentent 66 % des volumes de plastiques [2] produits.

Compte tenu des effets catastrophiques pour l’environnement et pour la santé, des réglementations[3] incitent à repenser la question des plastiques, qui devient un véritable enjeu sociétal.

L’utilisation des bioplastiques est souvent présentée comme une solution prometteuse, car ils offrent de nombreux avantages : parfois fabriqués à partir de ressources naturelles et renouvelables, leurs propriétés peuvent rivaliser avec celles des polymères issus du pétrole, et certains d’entre eux sont également recyclables ou compostables.

Cela suscite l’intérêt des industriels, y compris ceux de la plasturgie, ainsi que des entreprises du secteur pétrolier. Mais que se cache-t-il réellement derrière ces nouveaux polymères ? Représentent-ils une alternative véritablement durable ? Quels sont leurs impacts environnementaux, et connaissons-nous les effets qu’ils peuvent avoir sur notre santé ?

Bioplastiques, de quoi parle-t-on exactement ?

Tout d’abord, qu’est-ce qu’une matière plastique ? Selon le site Precious plastics Academy[4], le mot plastique vient du grec “plastikos” qui signifie “capable d’être formé ou moulé”. Les plastiques sont des produits chimiques de synthèse extraits principalement du pétrole et fabriqués à partir d’hydrocarbures. La majorité des plastiques sont des polymères, de longues molécules composées de nombreuses répétitions d’une molécule de base appelée monomère. C’est cette structure particulière qui rend le plastique durable et résistant dans le temps.

Selon European Bioplastics [5], une matière plastique est définie comme un “bioplastique” si elle est biosourcée, biodégradable ou si elle présente les deux propriétés. Cette définition très large est très confuse pour le consommateur. Le terme “biosourcé” signifie que le matériau ou le produit est (en partie) dérivé de la biomasse.

Cette biomasse peut par exemple inclure le maïs, la canne à sucre, les huiles végétales et d’autres sources comestibles appelées biomasse de première génération. Il est également possible de fabriquer des bioplastiques avec de la biomasse dite de deuxième génération qui sont fabriqués à partir de déchets (résidus de bois, résidus de l’industrie agroalimentaire, déchets agricoles…) et de troisième génération qui utilisent les algues ou les cyanobactéries.

Le terme “biodégradable” quant à lui désigne un processus chimique au cours duquel les micro-organismes disponibles dans l’environnement convertissent les matériaux en substances naturelles telles que l’eau, le dioxyde de carbone et le compost.  La propriété de la biodégradation ne dépend pas de la base des ressources d’un matériau, mais est plutôt liée à sa structure chimique. En d’autres termes, des plastiques 100 % biosourcés peuvent être non biodégradables, et des plastiques 100 % fossiles peuvent se biodégrader.

Un autre élément important à noter est que biodégradable ne signifie pas nécessairement réellement compostable. Un plastique biodégradable peut se décomposer sous l’action de micro-organismes dans un environnement domestique, mais dans certains cas, sa biodégradation ne se produit que dans des conditions spécifiques, comme lors d’un compostage industriel à des températures entre 50 et 70°C. Pour clarifier ces éléments, des réglementations exigent l’apposition de différents logos sur les produits en plastiques compostables, mais ces symboles demeurent souvent flous et peu compréhensibles pour les consommateurs [6].

Certains bioplastiques, tels que les sachets d’emballages compostables, sont biofragmentables ou oxofragmentables. Cela signifie qu’ils se décomposent en petits morceaux sous l’effet de la chaleur et de l’humidité. Cependant, ce processus ne correspond pas à une véritable biodégradabilité, qui permettrait de revenir aux molécules d’origine.

Bien que les déchets deviennent plus petits et moins visibles, ils restent présents dans l’environnement. Leur petite taille facilite même leur dispersion, aggravant la pollution de manière invisible, et leur accessibilité pour des micro-organismes. Ils peuvent ainsi poser davantage de menaces pour la santé humaine et des écosystèmes.

Il est estimé que moins de la moitié (44 %) des bioplastiques produits sont réellement biodégradables en raison de leur composition chimique.

Il faut savoir qu’il existe des alternatives en bioplastiques pour à peu près tous les plastiques conventionnels…Et comme la mention de ‘bioplastique’ ne nécessite pas que la composante biosourcée ou biodégradable soit la composante unique, c’est ainsi que l’on peut parler de PET biosourcé (poly-éthylène-téréphtalate utilisé pour des bouteilles plastiques) alors qu’il contient uniquement 30 % de composants d’origine végétale et 70% de dérivés de sources fossiles. De quoi s’y perdre.

Un marché en expansion

La capacité de production mondiale des bioplastiques était de 2,18 millions de tonnes en 2023 et devrait atteindre 7,43 millions de tonnes en 2028 illustrant ainsi une croissance rapide. Cependant, à l’échelle mondiale, ce marché demeure une niche, car la production de bioplastiques ne représentait que 0,5% de la production annuelle de plastiques en 2023[7].

Si en 2022, moins d’un quart de la production mondiale de bioplastiques provenait d’Europe[8], cette part devrait diminuer d’ici 2027 au profit de l’Asie qui pèse d’ores et déjà pour près de 41% de la production mondiale. En effet, de vastes investissements sont prévus dans cette région par des géants comme CJ Biomaterials, Toray et NatureWorks. Ainsi, d’ici 2027, l’Asie devrait concentrer près de 60 % renforçant son rôle central dans cette industrie en pleine expansion.

Quant au marché mondial des bioplastiques, celui-ci était évalué à 13,04 milliards USD en 2022 et devrait atteindre 45,72 milliards USD d’ici 2030, avec une croissance de 17,43 % de 2023 à 2030.[9]

Parmi les grands fabricants de ces polymères nouvelle génération, on retrouve des groupes spécialisés dans la biochimie comme, Novamont Spa ou NatureWorks LLC mais aussi les grands leaders de la pétrochimie comme le brésilien Braskem ou Total allié à Corbion[10], le leader mondial du marché de l’acide lactique qui ont pour objectif de faire progresser l’industrie avec des produits à base d’acide polylactique (PLA) dérivé des ressources renouvelables de la canne à sucre.

Un projet qui permet par exemple au néerlandais CORBION de bénéficier d’une usine de polymérisation de PLA d’une capacité de 75 000 tonnes par an sur un site thaïlandais ou il dispose déjà à cet endroit d’une unité de production de lactide (monomère du PLA). Et pour le géant Total, cela lui permet de se diversifier et compléter sa gamme de produits traditionnels à base d’hydrocarbures tout en profitant de la forte croissance du marché des bioplastiques.

Côté applications, ce sont notamment les utilisations comme les emballages qui dominent le marché des bioplastiques, représentant presque la moitié[11] de leur utilisation. Ce chiffre est assez logique car il est aligné avec la réglementation (Directive européenne de 2019[12] et la loi anti-gaspillage pour une économie circulaire de 2021[13] visant à interdire les plastiques à usage unique d’ici 2040.

Toutefois, des questions subsistent quant à l’efficacité réelle de ces bioplastiques, notamment en ce qui concerne leurs conditions strictes de biodégradabilité.

Sont-ils si fantastiques ?

Comparativement aux plastiques issus de combustibles fossiles qui contribuent à 3,4 % des émissions annuelles mondiales de gaz à effet de serre (GES), les bioplastiques produits à partir de sources de première génération comme le maïs ou la canne à sucre, pourrait réduire ces émissions d’environ 25 %[14]. Contrairement aux ressources fossiles qui libèrent du CO2 lors de la fabrication des plastiques, la culture des matériaux biologiques permet d’incorporer une certaine quantité de CO2.

Cependant, si la volonté est de réduire les émissions de GES du secteur, une transformation plus radicale du processus de production, en utilisant des énergies renouvelables décarbonées pour l’électricité et les transports des plastiques, aurait un impact bien plus significatif que le passage de polymères fossiles à polymères biosourcés de première génération. En effet, cette approche pourrait réduire l’empreinte carbone des plastiques de 62 %.

Parallèlement, alors que les terres agricoles et l’eau deviennent également des enjeux stratégiques mondiaux, l’expansion de la production de bioplastiques biosourcés soulève des questions cruciales.  Quels seront les impacts liés à l’accroissement de la production de ces plastiques biosourcés sur les terres agricoles et le risque de conflit avec l’industrie agro-alimentaire notamment dans des pays ou la question de l’alimentation des populations est un enjeu ? Aujourd’hui, la totalité de la production de bioplastiques d’origine végétale représente : 0,021 % de la superficie totale des terres agricoles[16]

L’Atlas du plastique[17]précise, que la production d’une tonne de PLA exige 2,39 tonnes de maïs, 0,37 hectare de terre et 2 921 m³ d’eau. Cela signifie une utilisation massive de terres arables, des besoins en eau conséquents et le potentiel recours à des OGM pour la production à grande échelle de céréales ou de sucres pour la production de bioplastique. On peut également s’interroger sur la question de l’utilisation de pesticides pour assurer des rendements agricoles de la production de ces bioplastiques !

Concernant la production de déchets, même si les bioplastiques biosourcés présentent un léger avantage en termes de réduction des émissions de CO2 lors de leur production, leur fin de vie reste un défi majeur quand ces derniers ne sont pas biodégradables dans des conditions ambiantes.

La biodégradabilité reste donc une question complexe. On a notamment observé que les plastiques biodégradables ne se décomposent pas toujours efficacement dans l’environnement marin car les conditions sont moins favorables à leur dégradation. Une étude démontre que les plastiques biodégradables ne sont pas totalement biodégradés et que le process est dépendant de la profondeur des océans.

Des micro-organismes spécifiques semblent avoir la capacité de décomposer la plupart des plastiques biodégradables mais ce taux de biodégradation des plastiques biodégradables ralentit avec la profondeur.[18] De ce fait, ces plastiques ou des microparticules peuvent ainsi se retrouver ingérés par les animaux bien avant qu’ils n’aient eu le temps nécessaire pour se biodégrader…

Quant au recyclage, même si ces bioplastiques ont été collectés, celui-ci est fortement limité par le système de gestion et de récupération des déchets bioplastiques. Actuellement, la récupération et l’identification de déchets pour le recyclage ou le compostage sont très peu mises en œuvre et ces déchets sont donc souvent incinérés alors qu’ils sont biodégradables ou recyclables…

Enfin, du point de vue sanitaire, une étude [19] de 2019 réalisée par la biologiste Lisa Zimmermann relève que 67 % des 43 produits en bioplastique d’origine végétale principalement utilisés pour le contact alimentaire renferment des substances chimiques attestant d’une « toxicité de base ». Cela suggère que la toxicité des bioplastiques peut être comparable à celle des matières plastiques ordinaires à base de pétrole et impose un regard critique quant aux avantages recherchés dans les bioplastiques…

Une nouvelle génération de bioplastiques

De nombreuses recherches et projets autour du développement de nouveaux bioplastiques sont en cours. L’objectif étant notamment de proposer des solutions offrant un plus faible impact sur le réchauffement climatique que les bioplastiques de première génération produits à partir de biomasse.

Une des pistes menées récemment par les équipes Recherche et Développement et Packaging des laboratoires Pierre-Fabre et Sorbonne Université s’appelle “Green Bioplastics”[20]. En se basant sur un principe de biomimétisme, les chercheurs ont utilisé des microalgues capables de capturer le CO2 libéré par les activités humaines et industrielles pour le transformer en bioplastique. Mais surtout, celui-ci peut être biodégradé en quelques mois ou semaines par des micro-organismes qui digèrent le carbone piégé dans ces bioplastiques pour les réutiliser dans leur croissance.

Ainsi, la matière devient un bioplastique renouvelable, qui ne rentre pas en conflit avec l’agriculture quant à l’utilisation des terres arables et surtout qui élimine plus de CO2 de l’atmosphère qu’elle n’en produit sous forme de biomasse. Pas besoin de terre, tout se passe dans des photobioréacteurs. Toutefois, il faudra probablement attendre 2030 avant de passer en industrialisation…

Une autre piste est celle de la société Dionymer qui a travaillé sur la transformation de nos déchets alimentaires en bioplastiques : du PHA[21]. Actuellement encore au stade de l’expérimentation, ils seraient en mesure de fabriquer 1 tonne de matériau PHA avec 10 tonnes de biodéchets. L’objectif est à terme de pouvoir utiliser ce PHA pour produire des plastiques pour des films agricoles ou des emballages alimentaires. Reste à vérifier si cette matière ne présente pas de toxicité et si elle est réellement biodégradable et vérifier si elle apparaît comme une alternative vraiment intéressante.

Le Consortium Sealive (Strategies of circular Economy and Advanced bio-based solutions to keep our lands and seas allIve from plastics contamination) [22] lancé en 2019 et financé par l’Union Européenne à hauteur de 10,3 millions d’euros, vise à développer des technologies avancées pour favoriser l’émergence de nouveaux matériaux biodégradables. Composé de 24 partenaires, dont des fournisseurs de matières premières, des transformateurs, des industriels, des recycleurs, des experts politiques, des organismes de certification et des ONG, le projet a pour objectif de promouvoir l’utilisation des biomatériaux dans le cadre de l’économie circulaire.

Ce groupe a notamment travaillé sur la conception de produits intégrant ces nouveaux bioplastiques et la démonstration de nouvelles solutions dans huit applications finales réparties sur six régions en Europe et en Amérique du Sud. Ils sont notamment parvenus à développer des filets de pêche biodégradables pour minimiser l’impact environnemental de la pêche.[23]

On peut également citer le projet Carbios[24] soutenu par L’Oréal®, Michelin®, L’Occitane® et Limagrain® qui se concentre sur la dépolymérisation du PET (polyéthylène téréphtalate) à l’aide d’enzymes spécialisées. Cette technologie permet de décomposer le PET en ses monomères de base, facilitant un recyclage circulaire où le plastique peut être réutilisé pour fabriquer de nouveaux produits. Carbios vise à transformer le processus de gestion des déchets plastiques, réduisant ainsi la dépendance aux matières premières vierges et l’impact environnemental des déchets. Grâce à ces recherches, L’Oréal prévoit d’adopter cette technologie pour produire des flacons à partir de 2025. Cette solution reste intéressante uniquement si une collecte ciblée des déchets est prévue pour prévoir une seconde vie à ces matériaux.

Le “surcyclage” est également une avancée intéressante qui permet de traiter la fin de vie et notamment en transformant les grandes quantités de déchets plastiques en matériaux de plus grande valeur. Des scientifiques de l’Université James Cook[25]ont mis au point une technique innovante pour convertir des microplastiques (issus des bouteilles en plastique) en graphène, un matériau connu pour sa dureté exceptionnelle et sa légèreté.

Ce processus, utilisant la synthèse par plasma micro-ondes à pression atmosphérique (APMP), transforme efficacement les déchets de plastique en un produit d’une valeur incroyablement élevée. Le graphène produit par cette technique a des propriétés remarquables : il est plus dur que le diamant, 200 fois plus résistant que l’acier et cinq fois plus léger que l’aluminium. Ces caractéristiques ouvrent des perspectives d’utilisation dans divers secteurs industriels, notamment dans la fabrication de capteurs, la purification de l’eau et l’absorption de substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS).

Conclusion

L’utilisation de nouveaux polymères qu’ils soient biosourcés et biodégradables, ou compostables, pourrait constituer une solution intéressante à long terme pour un certain nombre d’applications à la seule condition qu’ils se substituent à des plastiques pétrosourcés pour la production de produits ou qu’ils soient intégrés dans une démarche d’éco-conception pour la fabrication d’articles à longue durée de vie.

Cependant, nous manquons de recul et d’études approfondies sur les impacts sanitaires de ces bioplastiques, et la biodégradabilité réelle de certains biopolymères dans les sols ou les océans n’est pas toujours démontrée.

La solution la plus vertueuse serait simplement de réduire l’utilisation par les fabricants de tout plastique même biosourcé ou biodégradable pour les emballages, produits à usage unique ou pour la fabrication des produits à durée de vie très courte. Il serait préférable de réfléchir à des matières de substitution comme des contenants consignés ou réutilisables et favoriser le recours à des plastiques recyclables et recyclés avec un système de collecte efficace permettant de limiter la génération de nouveaux déchets.

Et au lieu de chercher à produire des plastiques moins dommageables pour la planète, posons-nous plutôt la question essentielle : comment réduire drastiquement notre production et consommation de plastique, et comment exploiter les tonnes de déchets déjà présents sur la planète ?

Sources

[1] OCDE (2023), Perspectives mondiales des plastiques : Scénarios d’action à l’horizon 2060, Éditions OCDE, Paris, https://doi.org/10.1787/c5abcbb1-fr.

[2] https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/41169/K2221533%20-%20%20UNEP-PP-INC.1-7%20-%20ADVANCE_FR.pdf

[3] https://www.economie.gouv.fr/cedef/interdiction-plastique-usage-unique

[4] https://preciousplastic.fr/academy/plastic/basics/

[5] https://www.european-bioplastics.org/bioplastics/

[6] https://www.carbiolice.com/le-plastique-dans-notre-societe/

[7]  https://www.european-bioplastics.org/market/

[8] https://www.ct-ipc.com/blog-ipc/le-marche-des-bioplastiques/

[9] https://www.kingsresearch.com/fr/bioplastics-market-342

[10] https://www.mordorintelligence.com/fr/industry-reports/bioplastics-market

[11] https://www.polytechnique-insights.com/dossiers/industrie/bioplastiques/introductio/

[12] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/?uri=celex%3A32019L0904

[13] https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/publications/Document_LoiAntiGaspillage%20_2020.pdf

[14] https://www.duraabl.com/que-sont-les-bioplastiques-vue-densemble-et-impacts/

[15] https://www.duraabl.com/que-sont-les-bioplastiques-vue-densemble-et-impacts/

[16] https://www.european-bioplastics.org/bioplastics/feedstock/

[17] https://www.lafabriqueecologique.fr/app/uploads/2020/03/Atls-du-Plastique-VF.pdf

[18] https://www.chairecopack.fr/actualites-1/exp%C3%A9rimentation-sur-la-biod%C3%A9gradation-des-emballages-certifi%C3%A9s-compostables

[19] https://www.chairecopack.fr/actualites-1/exp%C3%A9rimentation-sur-la-biod%C3%A9gradation-des-emballages-certifi%C3%A9s-compostables

[20] https://www.emballagedigest.fr/le-projet-green-bioplastics-des-laboratoires-pierre-fabre-recompense/

[21] https://entrepreneurs.lesechos.fr/creation-entreprise/idees-success-stories/dionymer-producteur-de-bioplastique-start-up-de-lannee-en-nouvelle-aquitaine-2119529

[22] https://sealive.eu/about/consortium/

[23] https://cordis.europa.eu/article/id/449184-combating-plastic-pollution-with-bio-based-alternatives/fr

[24] https://www.carbios.com/wp-content/uploads/2023/12/rapport-durabilite-2022.pdf

[25] https://www.jcu.edu.au/news/releases/2024/august/breakthrough-to-combat-microplastics