2 - Biodégradation des films en polyéthylène

utilisés en agriculture

Conjecture ou réalité ?

par :
 Pierre Feuilloley, Ingénieur de recherche, CEMAGREF, Montpellier
 Guy César, Ingénieur de recherche, responsable de la Station Expérimentale Horticole de Bretagne Sud, Auray, Chambre d’Agriculture du Morbihan
 Ludovic Benguigui, Maître de conférences à l’Université du Maine, Le Mans (Laboratoire de Chimie Organique Macromoléculaire - Chimie des Polymères)
 Yves Grohens, Professeur à l’Université de Lorient, directeur du Laboratoire des polymères et procédés
 Hilaire Bewa, Docteur-Ingénieur, ADEME, Angers
 Sandra Lefaux, Doctorante. Thèse ADEME Région Pays de Loire. Université du Maine, Le Mans (Laboratoire de Chimie Organique Macromoléculaire - Chimie des Polymères)

Guy César

Depuis quelques années apparaissent des articles consacrés à la biodégradabilité du polyéthylène.
Or, ce matériau a la réputation d’être parfaitement stable et inattaquable par les agents chimiques (acides, bases) et biologiques (enzymes) à tel point qu’il est utilisé comme matière première de vaisselle de laboratoire.
Depuis la récente législation sur la gestion des déchets, le développement des polymères biodégradables en emballage et en agriculture a pris un intérêt majeur.
On propose maintenant sur le marché des polyéthylènes additivés sous forme de paillage agricole vendus sous des vocables divers, tels que “dégradables”, “photodégradables”, “biodégradables”, “oxo-biodégradables”, “hydro-biodégradables”, “chimio-dégradables”, “chimio-thermo-dégradables”, voire “chimio-biodégradables” entretenant ainsi la confusion auprès des utilisateurs finaux que sont les agriculteurs.

Qu’en est-il exactement ?
Ces produits sont-ils réellement biodégradables ?
Sont-ils dangereux pour l’environnement ?
Certaines informations sont-elles déformées ou cachées par les fabricants à des fins commerciales ?

 Qu’est-ce qu’un matériau biodégradable ?
« Un matériau est dit “biodégradable” s’il est susceptible d’être dégradé par des micro-organismes. Le résultat de cette dégradation est caractérisé par un dégagement d’énergie, d’eau, de CO2 et/ou de CH4, de nouvelle et, éventuellement, de sous produits (résidus, nouvelle biomasse) non toxiques pour l’environnement ».

 Le polyéthylène est il biodégradable ?
Plusieurs références indiquent clairement que le polyéthylène (PE) est parfaitement stable. Ainsi, on trouve que le PE n’est pas oxydable directement, ou bien que le PE est inerte et non biodégradable.

Alors, comment le rendre biodégradable ?

Deux pré-traitements (chaleur et rayons ultra-violets) sont indispensables. Ils visent à oxyder (modifier chimiquement), à dégrader (réduire la masse moléculaire) et à déstructurer (modifier la structure cristalline) les chaînes du PE.
Ensuite, les produits pré-traités sont soumis à des attaques de micro-organismes.

Les pré-traitements

 Une première étape consiste à irradier le PE à la chaleur et aux rayons ultra-violets (UV). Cette opération est réalisée dans des enceintes de vieillissement où les échantillons sont soumis soit à l’irradiation UV, soit à la chaleur, soit les deux à la fois. Les doses et les durées sont très importantes.

 Une deuxième étape consiste à analyser les échantillons par des méthodes classiques en vue de caractériser les dégradations physiques et chimiques occasionnées par les traitements ci dessus.

Suite à ces traitements et à ces analyses, on peut établir une première catégorie de résultats qualitatifs. Ainsi sont détectés des groupes chimiques tels que OH, C=O, COOH, des doubles liaisons comme -C=C- , H2C=C- , des cétones, des acides. Une photo-oxydation du PE est ainsi constatée.
Il est également possible de déceler des détériorations physiques de surface comme des fissures, craquelures, érosions, globules et des zones effondrées.

Les attaques de micro-organismes

Les échantillons irradiés vont ensuite être exposés aux micro-organismes, pour déterminer leur aptitude à la biodégradabilité, selon la définition donnée plus haut.
Cette exposition a lieu soit dans des composts, soit sur agar-agar, soit par enterrement dans un sol naturel ou d’autres tests en laboratoire.
Les mesures effectuées visent la respirométrie, la croissance microbienne, les dégradations diverses.

 Cas des PE non additivés
Les résultats par enfouissement dans le sol aboutissent à des conclusions similaires aux phénomènes de dégradation obtenus par l’irradiation à la chaleur et aux UV (chutes des masses moléculaires, produits d’oxydation, dégradation physique…)
Ces phénomènes sont très lents (trois cents ans pour dégrader une épaisseur de 60µ) et affectent la proche surface du matériau, ils sont laminaires et l’épaisseur concernée est de l’ordre du micron. L’irradiation UV accélère le processus de dégradation pouvant aller jusqu’à un doublement de la vitesse de détérioration.

 Cas des PE additivés
Dans ce cas les PE sont additivés par des peroxydants et/ou de l’amidon.
L’addition de ces produits dans le PE montre que, dans un sol naturel, le taux de biodégradation est indépendant des additifs lorsque la dégradation est souvent importante.
En revanche, et en laboratoire, les additifs accélèrent la dégradation et augmentent la part de produits oxydés. Il en résulte une biodégradation plus élevée de ces produits oxydés.