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Du pétrole au biosourcé, les bouteilles de demain

Introduction

Le terme « plastique », contrairement aux idées reçues, ne désigne pas nécessairement un matériau provenant du pétrole mais il représente la capacité qu’a un matériau à être déformé et mis en forme (particulièrement à chaud). Pendant de nombreuses années, les matières plastiques étaient majoritairement synthétisées à partir du pétrole. C’est notamment le cas pour les bouteilles en plastique. Pour la plupart, elles proviennent d’un matériau issu de la pétrochimie, et donc du pétrole, appelé « PET ». En 2016, à travers le monde, 480 000 000 000 de bouteilles en plastique ont été vendues [1]. Cependant, le secteur utilisant le plus de pétrole reste celui du transport. Une faible partie du pétrole extrait est utilisé pour faire des emballages en PET. La future disparition des ressources pétrolières, ainsi que leur impact sur l’environnement, fait du remplacement des bouteilles en plastique en PET par d’autres alternatives plus écologiques, un défi majeur du XXIème siècle. D’autre part, le recyclage de ce matériau est encore mal maîtrisé, puisqu’en France, seulement 60% des bouteilles en plastique sont collectées et recyclées [2]. Une autre alternative au pétrole est donc activement recherchée depuis plusieurs années, notamment à partir de matériaux issus de la biomasse. On s’intéresse, à présent, de plus en plus au plastique biosourcé.

Un monde de pétrole

Le PET est actuellement le matériau le plus utilisé dans la fabrication de bouteilles en plastique. Une des entreprises majeures dans le soufflage de bouteille en PET est française, se nomme Sidel et est localisée au Havre. Les matériaux plastiques sont des matériaux, qui, pour la plupart, appartiennent à la catégorie des polymères. Un polymère, qu’il soit pétrosourcé ou biosourcé, est une macromolécule constituée de la répétition d’un motif plusieurs milliers de fois. On peut assimiler ce type de molécule à un collier de perles : on part d’une perle, et on en enfile plusieurs à la suite pour faire un collier. C’est cette structure qui est importante et qui donne toutes leurs propriétés aux matériaux plastiques (légèreté, malléabilité…).

Les bouteilles sont mises en forme à partir du procédé industriel appelé « ISBM » pour « Injection Stretch Blow Moulding », visible sur la Figure 1. Le PET est actuellement le matériau qui a permis le développement de cette technique au fil des années et qui y répond aujourd’hui le mieux.

 

Figure 1: Fabrication d'une bouteille en plastique [3]
Figure 1 - Fabrication d'une bouteille en plastique [3]

 

Ce procédé se décompose en plusieurs étapes. Tout d’abord, une préforme est mise en forme par injection. Ensuite, cette préforme est chauffée et va devenir moins rigide et plus facile à déformer. Le cœur du procédé commence à présent. Une canne d’étirage est introduite dans la préforme chaude, elle va l’étirer longitudinalement. Et en simultané, du gaz va être injecté dans la cavité : une bulle est initiée et va agrandir le volume de la préforme. Les bords de la préforme vont se plaquer contre les parois d’un moule régulé thermiquement. Ce moule permet de figer la forme de la bouteille et d’y apposer le design de la marque. Une fois la bouteille fabriquée, elle devra répondre à un cahier des charges précis. Le premier objectif d’un emballage PET (destiné à l’alimentaire) est de préserver et de protéger le produit qui est à l’intérieur. Une « bonne » bouteille est donc soumise à plusieurs critères. Dans un premier temps, des critères mécaniques. Une rigidité suffisante est requise, aussi bien pour résister à l’empilement des packs dans les entrepôts ou dans les magasins, que pour résister à la préhension des utilisateurs dans leur vie quotidienne ou encore aux pressions internes dues aux boissons gazeuses. Dans un second temps, de bonnes propriétés thermiques sont nécessaires. A savoir que la bouteille pourra aussi bien être utilisée au sommet d’une montagne, qu’au bord de la mer ou dans des endroits très humides, tout en conservant sa forme et ses propriétés. Finalement, la bouteille est aussi tenue de présenter de bonnes propriétés barrières, ce qui signifie une bonne imperméabilité aux gaz. Le gaz des boissons va donc être conservé dans la bouteille. Et pour finir, une bouteille transparente a souvent été préférée à une bouteille opaque, de façon à ce que le consommateur puisse en voir le contenu. Cependant, le critère de transparence va devenir de moins en moins important avec l’utilisation des matériaux recyclés qui perdent leur transparence au fil des recyclages.

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, cet objet de notre quotidien est bien plus complexe qu’il n’y paraît. Et un des seuls matériaux permettant de rassembler toutes ces propriétés nécessaires provient actuellement du pétrole… Une alternative biosourcée avec des propriétés au moins équivalentes est activement recherchée depuis plusieurs années !

Le monde du biosourcé

La tendance actuelle est d’essayer de limiter, voire d’arrêter complétement la dépendance au pétrole. Il faut donc trouver une solution de remplacement aux nombreux matériaux issus de la pétrochimie. C’est la raison pour laquelle les matériaux biosourcés sont de plus en plus évoqués comme les matériaux de demain.  Il s’agit de matériaux issus de la biomasse animale ou végétale. On peut par exemple évoquer le liège, le bois, la paille, l’amidon, les feuilles de canne à sucre ou de maïs… [4]. On connaît déjà les sacs biodégradables et biocompostables en plastique biosourcé, fabriqué à partir de PLA issu de l’amidon, et actuellement utilisé en magasin. Ce matériau a été évoqué pour la fabrication des bouteilles en plastique, mais il présentait des propriétés inférieures à celles du PET. De plus, sa provenance fait qu’il est en concurrence avec les ressources alimentaires. Un des risques serait que des cultures réservées à l’alimentaire soient alors récupérées pour faire des bouteilles. Le PLA n’est donc pas une ressource viable pour remplacer le PET dans les bouteilles en plastique.

Un des nouveaux candidats envisagés pour remplacer le PET est le PEF, qui peut être synthétisé à partir des feuilles de végétaux (comme le maïs ou la canne à sucre par exemple). Au lieu de brûler les résidus végétaux (ce qui augmente l’empreinte carbone), ils sont récupérés et synthétisés en plastique biosourcé. L’entreprise Avantium Renewable Polymers, au Pays-Bas, est une des entreprises les plus avancées dans la synthèse du PEF [5]. Ce nouveau plastique biosourcé  est un des meilleurs candidats actuels pour remplacer le PET dans la mise en forme des bouteilles en plastique. En effet, d’un point de vue chimique, les molécules de PET et PEF sont considérées comme analogues, ce qui confère aux deux matériaux, des propriétés thermiques, mécaniques et barrières très proches, voire légèrement supérieures pour le PEF surtout dans le cas des propriétés barrières (Figure 2).

 

Figure 2: Formule chimique du PET (à gauche) et du PEF (à droite). La seule différence entre les deux molécules est entourée.
Figure 2 - Formule chimique du PET (à gauche) et du PEF (à droite). La seule différence entre les deux molécules est entourée.

 

Cette grande similitude entre le PET et le PEF, permettrait une transition facilitée en entreprise, qui ne nécessiterait pas de changement des machines industrielles actuelles, puisque des conditions de mise en forme similaires pourront être utilisées. Concernant le recyclage, le PEF et le PET peuvent être recyclés dans des conditions similaires.

Le PEF serait donc capable de répondre aussi bien que le PET au procédé ISBM de fabrication des bouteilles, et donc de permettre une transition du pétrole vers le biosourcé pour les bouteilles en plastique. D’autres marchés peuvent également être envisagés pour le PEF, comme le textile ou par exemple le remplacement de certaines applications de l’aluminium, du carton ou encore du verre, qui ne sont pas inoffensifs pour l’environnement. Ainsi, très prochainement, à votre table, s’inviteront des bouteilles 100% biosourcées !

Références

[1] https://www.planetoscope.com/dechets/1990-ventes-de-bouteilles-en-plastique-dans-le-monde.html

[2] https://www.europe1.fr/emissions/Le-vrai-faux-de-l-info2/combien-de-bouteilles-en-plastique-sont-elles-recyclees-3567590

[3] https://www.simplyscience.ch/archives-enfants/articles/comment-est-faite-une-bouteille-pet.html

[4] http://www.centre-val-de-loire.developpement-durable.gouv.fr/decouvrir-les-materiaux-biosources-en-14-minutes-a3001.html

[5] https://www.citeo.com/le-mag/477

Emilie Forestier

About the author

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Actuellement en troisième année d’un doctorat avec l’ADEME, se déroulant entre le Centre de Mise en forme des Matériaux à Sophia-Antipolis et l’Institut de Chimie de Nice, Emilie travaille sur le PEF pour essayer de fabriquer les bouteilles en plastique de demain !