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Plate Forme Technologique d’EVREUX

Des moyens mutualisés au service de votre entreprise….. . Plate Forme Technologique d’EVREUX. Groupement d’intérêt Public Innovation et Transfert de Technologies (GIP ITT) Spécialisé dans la Sécurité Sanitaire et Environnementale Composé de Membres publics et privés :.

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Plate Forme Technologique d’EVREUX

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  1. Des moyens mutualisés au service de votre entreprise….. Plate Forme Technologique d’EVREUX Groupement d’intérêt Public Innovation et Transfert de Technologies (GIP ITT) Spécialisé dans la Sécurité Sanitaire et Environnementale Composé de Membres publics et privés : Moyens Humains Plus de 30 ingénieurs et docteurs des secteurs publics & privés aux compétences variées et complémentaires

  2. Des moyens mutualisés au service de votre entreprise….. Equipements Culture cellulaire Microbiologie Biologie Moléculaire Physico-Chimie Génie des matériaux Laboratoires Caractérisation des surfaces • Pharmaceutique • Zone ultra propre • Département galénique • Département pâteux et cosmétique • Pilotes lyophilisation et production d’ampoules • Agroalimentaire • Enceinte multi applications • Tube à passage de courant (TPC) • Salle d’analyse sensorielle… Halles technologiques & expérimentales Pilotes de lumière pulsée • Conditionnement • Laboratoire d’essais : dureté, traction/compression, vieillissement… • Tables de découpe et rainage • Conditionnement liquide, visqueux et pâteux, • Blisters, gélules, comprimés, barqueuteuse, ensacheuse… Animalerie

  3. NOS RESEAUX Des moyens mutualisés au service de votre entreprise….. Avec le soutien de :

  4. BIODEGRADATION&BIOMATERIAUX Des moyens mutualisés au service de votre entreprise….. UDDP 29-10-08

  5. Introduction • La place des matériaux polymères dans notre vie • La gestion des déchets polymères • La biodégradation • Définitions • Mécanismes • Paramètres affectant cette biodégradation • Tests et normes relatifs à la biodégradation • Les matériaux polymères biodégradables • Classification • Production industrielle • Le marché des matériaux biodégradables • Les domaines d’applications • Conclusion Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  6. Introduction • La place des matériaux polymères dans notre vie • La gestion des déchets polymères • La biodégradation • Définitions • Mécanismes • Paramètres affectant cette biodégradation • Tests et normes relatifs à la biodégradation • Les matériaux polymères biodégradables • Classification • Production industrielle • Le marché des matériaux biodégradables • Les domaines d’applications • Conclusion Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  7. Quelle est la place des matériaux polymères dans notre vie? Biomatériaux et Biodégradation • Les matériaux polymères conventionnels (PS, PE, PP, PVC, PET…) sont produits en quantité massive 150MT/an. • 4% des ressources pétrochimiques. • Avantages de ces matériaux:mise en œuvre facile, coût faible, légèreté, longue durée de vie. UDDP 29-10-08

  8. Quelle est la place des matériaux polymères dans notre vie? Biomatériaux et Biodégradation • Inconvénient :l’élimination de ces matériaux après usage en particulier pour ceux ayant des applications à courte durée de vie comme l’emballage. UDDP 29-10-08

  9. La gestion des déchets polymères Biomatériaux et Biodégradation • La mise en décharge • Solution la plus simple mais la plus polluante au niveau des sols et des eaux souterraines. • C’est un mode de gestion (stockage) mais non de traitement des déchets. • Depuis 2002 la législation autorise seulement la mise en décharge des déchets ultimes. • Le traitement des composés polymères est donc devenu un souci environnemental majeur. UDDP 29-10-08

  10. La gestion des déchets polymères Biomatériaux et Biodégradation • L’incinération • Intéressante lorsqu’elle est combinée à une valorisation énergétique. • Mais engendre l’émission de composés gazeux toxiques non complètement maîtrisés (dioxine, gaz acides…). • Amène un apport supplémentaire en CO2 contribuant à l’effet de serre. UDDP 29-10-08

  11. La gestion des déchets polymères Biomatériaux et Biodégradation • Le recyclage mécanique • Intéressant pour le verre et les métaux il pose problème pour les polymères de synthèse car le mélange de polymères conduit à des matériaux aux qualités inférieures au produit initial et donc aux propriétés insuffisantes pour une réutilisation. • Le tri doit donc être extrêmement rigoureux ce qui entraîne une augmentation importante du coût. IUFM 03-04-07

  12. La gestion des déchets polymères Biomatériaux et Biodégradation • Le recyclage chimique • Dépolymérisation thermique ou chimiolyse: obtention des monomères d’origine. • Craquage chimique (thermolyse ou pyrolyse): obtention d’intermédiaires chimiques. • Gazéification: obtention de gaz de synthèse (CO2 / H2). • Solutions de valorisation mais très spécifiques et peu rentables. IUFM 03-04-07

  13. La gestion des déchets polymères Biomatériaux et Biodégradation • Conclusion • Mise en décharge : interdiction • Incinération : pollution • Recyclage : coûteux et limité dans le temps puisque le polymère perd ses propriétés au fur et à mesure des traitements (solution d’attente…?) • Quelle solution? UDDP 29-10-08

  14. La gestion des déchets polymères Biomatériaux et Biodégradation • Le recyclage biologique ou biodégradation • Fondée sur des phénomènes d’élimination naturelle. • Nécessite l’utilisation d’un matériau biodégradable. • Voie économiquement intéressante uniquement si une valorisation du matériau après usage est envisagée. • Essentiellement marché de produits à courte durée de vie : emballages, objets jetables. UDDP 29-10-08

  15. Introduction • La place des matériaux polymères dans notre vie • La gestion des déchets polymères • La biodégradation • Définitions • Mécanismes • Paramètres affectant cette biodégradation • Tests et normes relatifs à la biodégradation • Les matériaux polymères biodégradables • Classification • Production industrielle • Le marché des matériaux biodégradables • Les domaines d’applications • Conclusion Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  16. La biodégradation : définitions Biomatériaux et Biodégradation • Propositions de définitions du CEN (Comité Européen de Normalisation) • Dégradation • Processus irréversible conduisant à des changements de structure d’un matériau caractérisés par une perte de propriétés (structure, résistance mécanique…) et/ou une fragmentation. • Dégradabilité • Un matériau est dit dégradable si il subit une dégradation déterminée dans un temps donné, mesurée par la méthode standard adaptée. UDDP 29-10-08

  17. La biodégradation : définitions • Biodégradation • Dégradation causée par une activité biologique, particulièrement par action enzymatique. • Compost • Amendement de sol organique obtenu par biodégradation d’un mélange de matières organiques. • Compostabilité • Capacité d’un matériau à être biodégradé dans un processus de compostage. Cette capacité doit être prouvé par des méthodes d’analyses standardisées. Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  18. Biomatériaux et Biodégradation Brandl et coll.,1995 UDDP 29-10-08

  19. La biodégradation : définitions • Proposition d’une nomenclature relative à la biodégradabilité des • polymères dans l’environnement • Délitement sans altération des macromolécules • Par voie physique : fragmentable • Par voie biologique : biofragmentable • Délitement avec dégradation des macromolécules • Et formation de molécules dont le devenir n’est pas établi • Par voie chimique : dégradable • Par voie biologique : biodégradable • Et formation de molécules assimilées par les cellules : bioassimilable Biomatériaux et Biodégradation Vert et Guerin, 1992 UDDP 29-10-08

  20. La biodégradation : définitions L’objectif est donc de créer un « cycle » écologique sans production de déchets. Exemple d’un produits biodégradable: Biolice® de la société LIMAGRAIN Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  21. La biodégradation : mécanismes • La biodégradabilité, signifie, pour les matériaux exposés à un environnement naturel, la perte des propriétés mécaniques et des modifications chimiques. • Deux modes de dégradation: • Abiotique (dégradation due à l’oxygène, l’eau, le soleil…) • Biotique (due aux microorganismes) • Ces deux mécanismes coexistent dans la nature et il est difficile de différencier le rôle de chaque type. • Mais au sens strict du terme la biodégradation est le résultat des réactions biochimiques catalysées par les enzymes produites par des micro-organismes en aérobiose ou anaérobiose Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  22. La biodégradation : mécanismes • Au niveau moléculaire, deux modes d’action: • Soit la rupture se produit « au hasard » le long de la chaîne du polymère sous l’action d’endoenzymes. Biomatériaux et Biodégradation polymère Diminution rapide et régulière de la masse molaire du polymère oligomères UDDP 29-10-08

  23. La biodégradation : mécanismes Biomatériaux et Biodégradation • Soit la rupture se produit de manière spécifique en fin de chaîne sous l’action d’exo-enzymes libérant des monomères, dimères ou trimères qui n’engendrent qu’une diminution lente et faible de la masse molaire du polymère UDDP 29-10-08

  24. La biodégradation : mécanismes Au niveau cellulaire: Biomatériaux et Biodégradation Clivage enzymatique extracellulaire oligomères monomères Métabolisme intracellulaire CO2 + H2O + Biomasse polymère O2 Les enzymes endocellulaires n’agissent que sur des molécules ayant pénétré dans la cellule: petites molécules ou longues molécules hydrosolubles. UDDP 29-10-08

  25. Paramètres affectant la biodégradation • Les paramètres physicochimiques du milieu de dégradation: • Température • pH (fixé à 7 dans les tests de dégradation, le milieu s’acidifie au cours de la dégradation) • Teneur en eau (humidité suffisante qui de plus favorise l’hydrolyse chimique du matériau) • Teneur en oxygène (aérobiose, teneur en O2>6%, sinon la flore microbienne est modifiée) • Présence d’inhibiteurs (exemple des métaux lourds) Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  26. Paramètres affectant la biodégradation • Les paramètres microbiologiques du milieu de dégradation: • Présence ou non du micro-organismes • Adaptation de celui-ci au polymère • Association de plusieurs micro-organismes • Taux de colonisation microbienne de la surface du biomatériau • Age des cellules Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  27. Paramètres affectant la biodégradation • Structure et propriétés des polymères constituant le matériau: • Une faible masse molaire facilite la biodégradation • Caractère hydrophile ou hydrophobe du polymère. Les polymères hydrophiles subissent une dégradation plus rapide. • Porosité du polymère • Type de monomère : l’irrégularité monomériques des polymères naturels facilite la biodégradation par rapport aux polymères de synthèse très régulier. • Présence de liaisons facilement hydrolysables de type ester ou amide Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  28. Paramètres affectant la biodégradation • Procédé de fabrication du matériau: • Procédé de fabrication proprement dit (extrusion, injection, thermoformage…) • Conditions de mise en œuvre (température, pression, additifs, plastifiants…) • Surface spécifique du polymère (la rugosité augmente la capacité à la biodégradabilité) • Présence d’additifs inhibant les micro-organismes • Présence de charges biodégradables favorisant la biodégradation Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  29. Tests et normes relatifs à la biodégradation Biomatériaux et Biodégradation • Les tests de laboratoires, in vitro • Dégradation en milieu liquide (test de Sturm). Le principe consiste à exposer le matériau à une source de micro-organismes et à mesurer le dégagement de CO2 • Méthodes enzymatiques (mesure par perte de poids et modification des caractéristiques mécaniques • Tests en milieu gélosé (observation de la croissance bactérienne à la surface d’une gélose contenant comme seul source de carbone le matériau à tester. UDDP 29-10-08

  30. Tests et normes relatifs à la biodégradation Biomatériaux et Biodégradation Les tests de laboratoires, in vitro (suite) Dégradation en milieu solide simulant les conditions in-situ:test de compostage standard (ASTM D-5338-92 et ISO/CEN 14855) basé sur la mesure du CO2 produit à partir de l’échantillon par les micro-organismes apportés par un compost mature (vieux de 2 à 4 mois). Les tests in-situ (de terrain) Les échantillons sont enfouis selon un protocole précis en milieu solide ou liquide. Après un temps déterminé, changements visuels et massiques sont notés. UDDP 29-10-08

  31. Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  32. Tests et normes relatifs à la biodégradation Biomatériaux et Biodégradation • La seule norme qui fait référence actuellement est la norme NF EN 13342. Elle arrête 4 critères d’acceptation: • Composition: taux maximal de solides volatils et métaux lourds • Biodégradabilité: > 90% du taux de la substance de référence menée simultanément, celle-ci devant montrer une biodégradation >70% en 45 jours • Durée de l’essai limité à 6 mois • Désintégration: moins de 10% de résidus de taille >2mm en 3 mois • Qualité du compost final: performance >90% du témoin UDDP 29-10-08

  33. Certifications et organismes certificateurs Biomatériaux et Biodégradation Exemple: AIB-Vinçotte délivre 3 labels: Matériau biodégradable dans un environnement naturel spécifique Matériau compostable dans une installation industrielle ou dans un compost privé UDDP 29-10-08

  34. Introduction • La place des matériaux polymères dans notre vie • La gestion des déchets polymères • La biodégradation • Définitions • Mécanismes • Paramètres affectant cette biodégradation • Tests et normes relatifs à la biodégradation • Les matériaux polymères biodégradables • Classification • Production industrielle • Le marché des matériaux biodégradables • Les domaines d’applications • Conclusion Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  35. Les différents types de biomatériaux • Un biopolymère est une substance synthétisé par des processus biologiques ou chimiques à partir de monomères naturels (ou identiques à ceux-ci) • Trois voies sont possibles pour fabriquer ces biopolymères: • Polymère d’origine microbienne • Polymère d’origine chimique • Polymère d’origine agricole Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  36. Les différents types de biomatériaux • Polymère d’origine microbienne • Les polyesters • Polyhydroxyalcanoates tel que le • polyhydroxybutyrate (PHB) et le • Polyhydroxybutyrate-co-hydroxyvalérate (PHBV) • obtenu par • fermentation des • sucres par • Alcaligenes eutrophus • Exemple du biopol® de MONSANTO Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  37. Les différents types de biomatériaux • Polymère d’origine microbienne • Les polylactides • Les monomères d’acide lactique ou glycolique sont obtenus par • fermentation. • Le polymère est synthétisé • par voie chimique: PLA • EcoPla®, Heplon® ,Laced® , Lacty® Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  38. Les différents types de biomatériaux • Polymère d’origine microbienne • Les polyosides • Pullulane : Pullulan® • Gommes xanthane et Gellane • Chitosanes • Tous ces polymères sont très hydophiles La difficulté de la mise • en oeuvre limite leurs applications. Biomatériaux et Biodégradation Chitosane UDDP 29-10-08

  39. Les différents types de biomatériaux Polymère d’origine chimique Voie la plus compliquée à mettre en œuvre basée sur l’incorporation de liaisons labiles tels qu’ester ou amide dans la chaîne principale. Polyesters aliphatiques comme le polycaprolactone (Tone®, CAPA®,celgreen®) Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  40. Les différents types de biomatériaux Polymère d’origine chimique Polyesters amides: Ils sont principalement connus sous l’appellation commerciale BAK produit par Bayer mais dont la production a été stoppée en raison d’un coût trop élevé. Copolyeters aliphatiques et aromatiques (Ecoflex®, EastarBio®, Skygreen®) Polymères vinyliques : PVAL (polyalcool de vinyl) obtenu par hydrolyse du PVAC (polyacétate de vinyl) (Vinex®, Aquafilm®) Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  41. Les différents types de biomatériaux • Polymère d’origine agricole • Ce sont essentiellement des polyosides: • La cellulose • Il s’agit de dérivés de la cellulose dont certains • groupements hydroxyles ont été substitués par • des groupes plus volumineux entraînant une • solubilisation de la molécule et un • assouplissement du polymère par diminution des • forces intermoléculaires: nitrates de cellulose, • esters et ethers de cellulose) • Ultraphan®, Bioceta® Biomatériaux et Biodégradation IUFM 03-04-07

  42. Les différents types de biomatériaux • Polymère d’origine agricole • 2. L’amidon • Amylose: • Amylopectine: Biomatériaux et Biodégradation IUFM 03-04-07

  43. Les différents types de biomatériaux • Polymère d’origine agricole • Sous sa forme granulaire (amidon natif): en mélange avec un polymère chimique, il se comporte comme une charge biodégradable au sein de la matrice. Les teneurs faibles en amidon (~10%) classe ses matériaux comme biofragmentables et non biodégradables (EcoStar®, Amyplast®…) • Amidon déstructuré ou gélatinisé, obtenu par traitement thermique en excès d’eau, incorporé jusqu’à 50 ou 60% associé avec un polymère synthétique. Ces matériaux sont très souvent considérés comme biodégradables mais la partie non biodégradée peut contaminer les sols (MaterBi®, Bioflex®, Novon®). Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  44. Les différents types de biomatériaux • Polymère d’origine agricole • Amidon plastifié, obtenu par traitement thermique et cisaillement à faible teneur en eau, alors utilisé seul (Paragon®) ou associé avec un autre polymère minoritaire. Du fait de la grande quantité d’amidon qu’ils contiennent ces matériaux sont facilement biodégradables (MaterBi®, BioPlast®) Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  45. Les différents types de biomatériaux : récapitulatif Les principaux polymères biodégradables d’origine chimique ( source ADEME) Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  46. Les polymères biodégradables issus des ressources renouvelables (source ADEME) Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  47. Introduction • La place des matériaux polymères dans notre vie • La gestion des déchets polymères • La biodégradation • Définitions • Mécanismes • Paramètres affectant cette biodégradation • Tests et normes relatifs à la biodégradation • Les matériaux polymères biodégradables • Classification • Production industrielle • Le marché des matériaux biodégradables • Les domaines d’applications • Conclusion Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  48. Le marché des biomatériaux biodégradables Il n’a cessé de croitre depuis 1990, mais reste reste très en deçà du marché des matières plastiques (~ 0,3%). Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  49. Le marché des biomatériaux biodégradables • Si cette croissance continue à ce rythme la production devrait • atteindre 1 000 000 de tonnes en 2010. • Actuellement les producteurs les plus importants sont: • L’américain CARGILL • L’italien NOVAMONT • Les allemands BASF et BIOTEC • D’autres devraient jouer un rôle important ces prochaines années: • Les américains DUPONT et PROCTER and GAMBLE • Le hollandais EASTMAN • L’anglais UCB • En ce qui concerne la consommation de ces biopolymères, elle • serait actuellement de 70 000 tonnes/an dans le monde Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

  50. Introduction • La place des matériaux polymères dans notre vie • La gestion des déchets polymères • La biodégradation • Définitions • Mécanismes • Paramètres affectant cette biodégradation • Tests et normes relatifs à la biodégradation • Les matériaux polymères biodégradables • Classification • Production industrielle • Le marché des matériaux biodégradables • Les domaines d’applications • Conclusion Biomatériaux et Biodégradation UDDP 29-10-08

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