En résumé
- Des chercheurs colombiens et australiens ont développé un film biodégradable de caséine et d'argile volcanique qui se dégrade en 13 semaines.
- La bentonite nanotisée crée un labyrinthe interne qui réduit mille fois la perméabilité à la vapeur d'eau par rapport aux films conventionnels.
- Le film s'étire deux fois plus avant de se briser et peut être fabriqué sans équipement spécial, facilitant ainsi son adoption mondiale.
La protéine qui maintient votre yaourt épais et votre fromage élastique vient de recevoir une nouvelle mission : remplacer le film plastique.
Des chercheurs de Colombie et d'Australie ont publié une étude dans Polymères détaillant un film biodégradable composé principalement de caséinate de calcium, la même protéine qui constitue environ 80 % du lait de vache, mélangé à de l'amidon, une touche d'argile et un liant synthétique pour maintenir le tout ensemble. Le résultat est un film d’emballage qui se dégrade complètement dans le sol en 13 semaines environ, alors que les plastiques conventionnels peuvent prendre des siècles.
La caséine, la protéine du lait, forme naturellement des réseaux moléculaires denses lorsqu'elle est dissoute et séchée, donnant aux films une structure de base décente. Mais à lui seul, le film de caséine pure rétrécit et devient cassant après séchage, comme un morceau de colle séchée. Les chercheurs ont découvert que le glycérol, un plastifiant courant de qualité alimentaire, agit comme un lubrifiant au sein du polymère, le gardant flexible.
Ils ont ensuite ajouté de l'amidon modifié pour augmenter son volume et du PVA, un polymère biodégradable, pour améliorer considérablement la résistance et la compatibilité entre les autres ingrédients, et voilà.
Mais la clé du mélange est la bentonite : un minéral argileux volcanique broyé en particules nanométriques et mis en suspension dans le mélange. Lorsque le film sèche, ces minuscules plaquettes d'argile s'agencent en couches plates et superposées à l'intérieur du matériau, comme un mur de cartes empilées traversant le film.
La vapeur d'eau essayant de traverser l'emballage ne peut plus passer directement, elle doit parcourir un labyrinthe de ces barrières d'argile, en suivant un chemin plus long et plus sinueux. Cet effet de « diffusion tortueuse » est la raison pour laquelle la perméabilité à la vapeur d'eau du film a diminué de près de trois ordres de grandeur par rapport aux films classiques à base de caséine et d'amidon rapportés dans la littérature. Cela signifie une réduction mille fois supérieure.
Le film final s'étire jusqu'à plus du double de sa longueur initiale avant de se briser. Les films comparables de caséine et d'amidon sans PVA ni bentonite sont beaucoup plus rigides. Cette amélioration de la résistance provient des couches de silicate de la bentonite qui agissent comme un renfort interne, répartissant plus uniformément les contraintes dans tout le matériau lorsqu'il est étiré ou plié. Considérez-le moins comme un sac en plastique standard que comme un composite renforcé de fibres, simplement fabriqué à partir d'ingrédients alimentaires plutôt que de fibres de carbone.
Sur le plan microbiologique, les colonies bactériennes sur le film sont restées inférieures au seuil fixé par les normes ISO pour les applications d'emballage non stériles. Cela signifie que ces films n’ont pas de propriétés antimicrobiennes explicites, mais qu’ils ne créent pas non plus un environnement de boîte de Pétri. Les chercheurs ont souligné cela comme une direction pour les travaux futurs, notant que l'incorporation de nanoparticules d'argent ou d'autres agents actifs pourrait amener le film sur un territoire véritablement antibactérien.
La biodégradation a été suivie en enfouissant des échantillons de films rectangulaires dans le sol pendant neuf jours et en les pesant quotidiennement. La décomposition la plus agressive s'est produite au cours des 72 premières heures : la caséine et l'amidon commencent à absorber rapidement l'humidité, à gonfler et à se fragmenter. Par la suite, la dégradation s’est poursuivie à un rythme plus soutenu.
L'extrapolation de la courbe situe la désintégration complète à environ 13 semaines, ce qui est plus long que les films les plus simples contenant uniquement de la caséine, mais nettement plus court que tout ce qui est à base de pétrole. C'est beaucoup plus court que les millénaires qu'il faut à un sac en plastique pour subir le même processus.
Les chercheurs ont utilisé une méthode de coulée en solution pour produire les films, en versant essentiellement le mélange liquide dans des moules et en le laissant sécher dans un four à 38°C (environ 100°F). Il est assez simple à mettre à l’échelle sans avoir besoin d’équipements exotiques, ce qui est important pour son adoption dans les pays en développement où les infrastructures de gestion des déchets plastiques sont souvent limitées.
Il y a encore du travail à faire. Aucun test de stabilité thermique n'a été effectué, une validation plus approfondie des performances antimicrobiennes est nécessaire et la clarté optique diminue légèrement avec l'ajout de bentonite, bien que les chercheurs affirment que le changement est imperceptible à l'œil nu.
Ce ne sont pas des obstacles insurmontables. Il s’agit du type de problèmes d’ingénierie qui sont résolus à mesure que la formulation passe du laboratoire à la production pilote. La principale preuve de concept, selon laquelle un film d'emballage alimentaire fonctionnel et véritablement biodégradable peut être fabriqué à partir de protéines de lait et d'argile volcanique, se trouve dans les données.
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