Un bâtonnet fracturé d'acide lactique additionné de LAHB de poids moléculaire ultra élevé (à gauche) présente des décolorations blanches évidentes au niveau de la face de fracture, ce qui est un signe de déformation plastique dans les matériaux renforcés. En revanche, l’acide polylactique pur (à droite) ne présente pas un tel blanchiment, signe de matériaux cassants. Crédit : Sangho Koh
Les bactéries artificielles peuvent produire un modificateur de plastique qui rend le plastique d'origine renouvelable plus transformable, plus résistant à la fracture et hautement biodégradable, même dans l'eau de mer. Le développement de l’Université de Kobe fournit une plate-forme pour la production modulable à l’échelle industrielle d’un matériau qui présente un grand potentiel pour rendre l’industrie du plastique plus verte.
Le plastique est une marque de notre civilisation. Il s’agit d’une famille de matériaux hautement formables (d’où son nom), polyvalents et durables, dont la plupart sont également de nature persistante et donc une source importante de pollution. De plus, de nombreux plastiques sont produits à partir de pétrole brut, une ressource non renouvelable. Les ingénieurs et les chercheurs du monde entier recherchent des alternatives, mais aucune n’a été trouvée qui présente les mêmes avantages que les plastiques conventionnels tout en évitant leurs problèmes. L'une des alternatives les plus prometteuses est la polylactique acidequi peut être produit à partir de plantes, mais il est fragile et ne se dégrade pas bien.
Développement de bioplastiques à l'Université de Kobe
Pour surmonter ces difficultés, les bio-ingénieurs de l'Université de Kobe autour de Seiichi Taguchi et l'entreprise de fabrication de polymères biodégradables Kaneka Corporation ont décidé de mélanger l'acide polylactique avec un autre bioplastique, appelé LAHB, qui possède une gamme de propriétés souhaitables, mais surtout il est biodégradable et se mélange bien. avec de l'acide polylactique. Cependant, pour produire du LAHB, ils ont dû concevoir une souche de bactérie qui produit naturellement un précurseur, en manipulant systématiquement le génome de l'organisme par l'ajout de nouveaux gènes et la suppression de ceux qui interfèrent.
La fabrication industrielle nécessite un degré élevé de tension de fusion, ce qui peut être démontré par le peu d'affaissement du matériau lorsqu'il est chauffé. L'acide polylactique ajouté au LAHB (à gauche) s'affaisse beaucoup moins que l'acide polylactique pur (à droite), ce qui prouve qu'il s'agit d'un matériau mieux traitable. Crédit : Sangho Koh
Innovations dans la production de bioplastiques
Dans la revue scientifique ACS Chimie et ingénierie durables, ils rapportent maintenant qu’ils pourraient ainsi créer une usine de plastique bactérien qui produirait des chaînes de LAHB en grandes quantités, en utilisant uniquement le glucose comme matière première. De plus, ils montrent également qu’en modifiant le génome, ils pourraient contrôler la longueur de la chaîne LAHB et donc les propriétés du plastique obtenu. Ils ont ainsi pu produire des chaînes LAHB jusqu’à dix fois plus longues qu’avec les méthodes conventionnelles, qu’ils appellent « LAHB à poids moléculaire ultra élevé ».
Plus important encore, en ajoutant du LAHB d’une longueur sans précédent à l’acide polylactique, ils pourraient créer un matériau présentant toutes les propriétés recherchées par les chercheurs. Le plastique hautement transparent qui en résulte est bien mieux malléable et plus résistant aux chocs que l’acide polylactique pur, et se biodégrade également dans l’eau de mer en une semaine. Taguchi commente cette réussite en déclarant : « En mélangeant de l'acide polylactique avec du LAHB, les multiples problèmes de l'acide polylactique peuvent être surmontés d'un seul coup, et le matériau ainsi modifié devrait devenir un bioplastique écologiquement durable qui répond aux besoins contradictoires de robustesse physique. et biodégradabilité.
Le matériau résultant de l’ajout de LAHB de poids moléculaire ultra élevé au lactique est un plastique hautement transparent : le disque circulaire est presque invisible devant une feuille de papier sur laquelle est imprimé « PLA/LAHB ». Crédit : Sangho Koh
Perspectives futures et impact environnemental
Les bio-ingénieurs de l’Université de Kobe rêvent cependant plus grand. La souche de bactérie utilisée dans ce travail est en principe capable d'utiliser le CO2 comme matière première. Il devrait ainsi être possible de synthétiser des plastiques utiles directement à partir des gaz à effet de serre. Taguchi explique : « Grâce à la synergie de plusieurs projets, nous visons à réaliser une technologie de biofabrication qui relie efficacement la production microbienne et le développement de matériaux. »
Cette recherche a été commandée par l'Organisation japonaise de développement des nouvelles énergies et des technologies industrielles (subvention JNPP20005) et financée par le ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie du Japon (subvention 19K22069) et l'Agence japonaise pour la science et la technologie (subvention JPMJTM19YC). . Elle a été menée en collaboration avec des chercheurs de Kaneka Corporation et de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées.
