Le plastique : un matériau fantastique… mais un fléau pour l’environnement

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L’avènement du plastique, ce matériau aux multiples avantages

Le plastique est un marqueur de la modernité. Découvert dès la fin du XIX^ème siècle, sa production a connue une croissance prodigieuse depuis les années 1950 : de 1,5 million de tonnes de plastiques produits en 1950 dans le monde, on est passé à 359 millions de tonnes en 2018.

Pratique, léger, solide, économique, malléable à souhait ^[a]étymologiquement, « plastique » vient du grec πλαστικός (plastikos) qui signifie « propre au modelage », le plastique a indéniablement de nombreux avantages.

L’essence, le nom et la magie du plastique résident dans cette « plasticité », cette aptitude à prendre toutes les formes possibles par simple chauffage puis refroidissement. Il se plie littéralement à l’imagination de l’être humain.

Nathalie Gontard et Hélène Seingier

Parmi ses autres avantages, on citera la facilité de stockage et de transport de la matière première par rapport à d’autres matériaux : les granulés de plastique ne craignent (généralement) ni les chocs, ni l’humidité, ni le froid, ni la chaleur, ni les nuisibles (insectes, rongeurs). De plus, sa mise en œuvre est simple et demande donc peu d’investissement en comparaison de celle du verre, du métal ou du carton.

« Il suffit d’une machine de la taille – et du prix – d’un petit camion : un « extrudeur » qui malaxe, pousse et chauffe les granulés pour ensuite presser la masse de plastique dans des moules de formes et de tailles variables à l’infini. La technique d’extrusion sait même se combiner avec le soufflage ou le gonflage de la matière fondue pour façonner des bouteilles ou les sacs les plus fins »

Nathalie Gontard et Hélène Seingier

Un autre avantage du plastique est sa faible empreinte carbone (tant qu’il n’est pas brûlé) en comparaison d’autres matériaux :

• Les produits en plastique requièrent en effet moins d’énergie pour leur production que leurs substituts en d’autres matières dans la plupart des cas.
• De plus, de par leur légèreté, le transport de produits en plastique émet généralement moins de GES que leurs substituts (penser par exemple au transport de bouteilles en plastique par rapport à celui de bouteilles en verre).
• Les emballages plastiques permettraient aussi d’économiser davantage d’émissions de GES (en évitant la perte de produits alimentaires) que leurs substituts (aluminium, verre et carton notamment).
• Enfin, des économies d’énergie plus importantes que pour d’autres matériaux seraient réalisées à la fois sur la production primaire d’énergie grâce au recyclage ainsi que sur la production d’électricité et de chaleur via la valorisation énergétique des déchets

Nous verrons que cet avantage en terme d’empreinte carbone est néanmoins très discutable si l’on raisonne dans un cadre de pensée plus large (cf. article SOLUTIONS : réduire notre consommation de plastique). Mais mettons de côté cette discussion pour l’instant afin de nous focaliser sur les inconvénients du plastique. Nous commençons en effet à comprendre que ce matériau s’avère être un fléau pour l’environnement à long terme. Les premières victimes sont les animaux marins qui sont pris dans des filets de pêche abandonnés, qui avalent quantité de morceaux de plastiques ou qui s’étouffent dans des sacs plastiques. On entend souvent parler du « sixième continent de plastique » qui témoigne de la quantité phénoménale de plastiques rejetés dans les eaux (lacs, mers, océans). Mais il existe un problème plus pernicieux et probablement bien plus grave encore : la présence grandissante de microparticules de plastiques (résidus de moins de 5 mm de diamètre).

La fin de vie du plastique pose de graves problèmes à l’environnement

L’inconvénient majeur du plastique est que, contrairement à tous les autres matériaux, il n’est pas réintégrable dans les cycles biogéochimiques naturels, ou en tout cas pas à une échelle de temps acceptable. Il y a quelques exceptions que nous aborderons. Cela veut dire qu’une fois produit, le plastique mettra a minima plusieurs centaines d’années à se désintégrer totalement.

Selon le type d’objet, un processus de fragmentation va prendre plusieurs dizaines d’années voire une centaine d’années ou plus. Les chaînes polymères se dégradent en effet sous les attaques répétées de l’environnement, dites abiotiques : rayons du soleil, frottements, chaleur, humidité, oxygène, vagues, sel. Ainsi le plastique va progressivement jaunir, se fissurer en surface puis plus profondément jusqu’à libérer des morceaux de plastiques qui vont eux-mêmes se détériorer et donner naissance à des fragments, de plus en plus nombreux et de plus en plus petits, au fur et à mesure que ce processus se répète. En revanche, contrairement à la matière organique, le plastique résiste extrêmement bien aux attaques biotiques : enzymes secrétés par les micro-organismes, les insectes ou encore les moisissures. Cela prend des siècles pour que le plastique se désintégrer complètement en molécules simples de carbone et d’hydrogène. ^[b]Notons que le verre, la pierre ou le métal résistent encore mieux aux attaques biotiques mais dans leur cas, les attaques abiotiques suffisent à leur permettre de réintégrer les cycles … Continue reading.

Selon Nathalie Gontard et Hélène Seingier, la pollution aux microparticules plastiques que nous observons actuellement semble provenir essentiellement de plastiques ayant dès le départ une dimension micrométrique ce qui les rend plus facilement fractionnables à l’usage ou une fois dans la mer :

• Ainsi, la source principale actuelle de microplastiques semble être liée au lavage en machine de vêtements en fibres synthétiques (polyamide, polyester). Ces fibres ont de base un diamètre de taille micrométrique : l’abrasion du tambour du lave-linge suffit ainsi à générer quantité de microplastiques qui sont rejeté dans les eaux usées avant de rejoindre la mer.
• Une autre source serait liée aux vernis protégeant les huisseries et autres surfaces de nos constructions exposées au soleil, au vent, à la pluie, à la chaleur et au froid.
• Une troisième source est liée aux frottements sur le bitume des pneus de voiture composés à plus de 50 % de caoutchouc synthétique non biodégradable (contrairement au caoutchouc naturel). Entrainés par le vent et la pluie, ces particules, chargé en polluants de surcroît, (métaux lourds et résidus de combustion) terminent en suspension dans l’air ou dans un cours d’eau.

« Ces matériaux qui sont étudiés et pris en flagrant délit de pollution nous offrent une vision en accéléré de ce qui attend tous les matériaux plastiques. Ce n’est qu’une question de temps. »

Nathalie Gontard et Hélène Seingier

Au gré de la circulation atmosphérique, ces microplastiques se dispersent partout sur la planète, jusqu’aux confins de l’Arctique ou au fond de la fosse des Mariannes (à 11 km de profondeur) où 100 % des crustacés qui s’y trouvent sont contaminés aux microparticules. Dans l’océan, il va être ingéré par des poissons, des mollusques, voire du planctons ou du corail et donc se retrouver à terme dans notre assiette. Dans l’air, il va participer, avec d’autres sources, à la pollution aux microparticules.

Ce processus de micro-fragmentation est donc lent mais inéluctable : en dehors des plastiques biodégradables et de ceux qui sont incinérés, tout le plastique que nous avons produit et que nous produisons finira tôt ou tard dans la chaîne alimentaire et dans l’air que nous respirons. Nous l’avons dit : cette production n’a fait qu’augmenter et de façon considérable. Nous sommes donc en train de créer une source de pollution absolument majeure pour les générations à venir .

Quelles solutions ?

L’enfouissement

En France, à ce jour, environ 30 % des déchets plastiques collectés sont enfouis.

Bien qu’il manque d’études sur le sujet, l’enfouissement ne semble pas être une solution appropriée. Le sites d’enfouissement sont protégés par d’immenses bâches dites « géotextiles » (mélange de textile et de déchets). Mais ces bâches sont aussi amenés à se désagréger à plus ou moins long terme laissant passer les microparticules des déchets plastiques qui s’y trouvent contaminer les sols. Cette contamination risque de poser plusieurs problèmes :

• un assèchement des sols à cause de la propriété hydrophobe des microplastiques
• un impact négatif sur les vers de terre et donc sur la qualité des sols : des études ont montrés que la présence de microplastiques réduisait le poids et augmentait la mortalité des vers de terre
• une contamination des ruminants, qui ingèrent ces microplastiques, semble également avoir été démontrée
• une migration des microplastiques vers les eaux douces et l’océan

L’incinération et la pyrolyse

En France, environ un tiers des déchets plastiques collectés sont incinérés.

L’incinération a un gros avantage car elle permet d’éliminer définitivement le plastique qui n’a donc aucune chance de terminer un jour sous forme de microplastiques. De plus, la chaleur produite peut être valorisée pour du chauffage : on parle de valorisation énergétique. Mais l’incinération de plastiques a quand même de gros inconvénients également :

• elle libère des fumées toxiques qui contribuent à la pollution de l’air bien que ces effluves soient partiellement traitées en sortie pour minimiser l’impact
• il reste de résidus solides (le mâchefer) qui représentent jusqu’à 30 % de la masse initiale et qui contiennent des matières potentiellement dangereuses pouvant terminer en sous-couche routières ce qui peut générer des pollutions des sols et des nappes phréatiques environnantes
• la combustion du plastique génère des GES : CO₂, méthane et oxyde nitreux

La pyrolyse est une technique dans laquelle le matériau est chauffé entre 300 et 900 °C en l’absence d’oxygène. Cette technique permet dissocier certains plastiques (PE et PP essentiellement) en combustibles liquides (pétrole, diesel) et en gaz. Le carburant produit émettrait moins de CO₂ que si le plastique est directement brûlé.

« Finalement, nous avons le choix entre deux destinations ultimes pour le pétrole devenu plastique : soit le carbone reste séquestré dans de petites particules persistantes, qui menacent de contaminer notre environnement et notre santé ; soit le plastique est brûlé et le carbone qu’il contient est libéré sous forme de gaz à effet de serre, contribuant au réchauffement climatique qui menace lui aussi notre environnement et à terme notre santé. »

Nathalie Gontard et Hélène Seingier

Le recyclage

Cf. article sur le recyclage.

Les plastiques biosourcés

Ce terme peut prêter à confusion. Un plastique biosourcé signifie simplement qu’il est issu de ressources renouvelables, telles que le maïs ou la canne à sucre. Il n’est pas nécessairement biodégradable ni recyclable. Il n’est pas non plus a priori issus de ressources cultivées en agriculture biologique. Il pose donc exactement les mêmes problèmes en fin de vie qu’un plastique pétro-source de même type. Ainsi, un sac en polyéthylène issu de canne à sucre restera aussi persistent dans la Nature qu’un sac en polyéthylène classique. Son avantage est en principe d’utiliser une ressource renouvelable. Malheureusement, cet avantage est très discutable car ces ressources renouvelables sont la plupart du temps des ressources alimentaires. Produire des bioplastiques de façon massive va donc sérieusement mettre en tension la production alimentaire, déjà mis en difficulté par la perte de biodiversité et le stress hydrique lié au réchauffement climatique. La production de plastique biosourcés non issus de ressources alimentaire peut en revanche présenter un intérêt réel.

Les plastiques biodégradables

Les plastiques biodégradables en conditions naturelles peuvent être biosourcés ou non, recyclables ou non. Ils possèdent l’énorme avantage de pouvoir de dégrader complètement dans la Nature ou dans votre compost en quelques mois ou quelques années, tout au plus. Ils peuvent également rentrer dans un processus de méthanisation pour produire du carburant.

« Les plastiques biodégradables en conditions naturelles ne présentent, par définition, pas le risque de finir un jour en particules fines et offrent donc une solution réelle et concrète au problème de la pollution plastique. »

Nathalie Gontard et Hélène Seingier

Attention aux plastiques dits « biodégradables », comme le PLA, mais qui ne le sont en réaliser qu’en conditions industrielles à des températures supérieures à 60 °C. Ces plastiques perdent beaucoup de leur intérêt par rapport à des plastiques biodégradables en conditions naturelles. Ils pourraient néanmoins en regagner si des filières spécifiques de compostage industriels étaient mises en place, ce qui n’est pas le cas actuellement en France .

La réduction à la source

« Au total, plus de 9 milliards de tonnes de plastique ont été produites depuis les années 1950. Mais la moitié de cette masse monstrueuse date des vingt dernières années. L’augmentation de la production et de la consommation de plastique est en hausse constante ; nous approcherons les 30 milliards de tonnes en 2050 si nous ne changeons pas radicalement nos modes de vie »

Nathalie Gontard et Hélène Seingier

Sur ces 9 milliards de tonnes de plastique, un stock de plus de 6 milliards de tonnes de déchets plastiques seraient répartis sur la planète (2,5 milliards seraient toujours en utilisation et environ 0,5 milliard aurait été incinéré)

Il paraitrait judicieux de définir une empreinte plastique au même titre que l’on a instauré l’empreinte carbone afin de prendre conscience de nos émissions de GES. Un Occidental consomme grosso modo entre 60 et 100 kg de plastique par an tandis qu’un Africain n’en consomme que 5 kg / an . Selon un rapport du WWF de 2019, la France a produit 4,5 millions de tonnes de déchets plastiques en 2016, soit 66,6 kg par personne

Pour aller plus loin : cf. article sur la réduction de notre consommation de plastique.

Les familles de plastique

Les plastiques sont constitués de polymères qui correspondent à de longues chaînes carbonées. Ces longues chaînes sont obtenus par un processus chimique, appelé polymérisation, à partir de molécules simples, le plus souvent dérivées de combustibles fossiles tels que le pétrole. Ainsi en est-il du plastique « polyéthylène » obtenu à partir d’éthylène (C₂H₄) qui lui-même est un sous-produit de raffinage du pétrole.

Il existe classiquement trois grandes catégories de polymères, suivant leur comportement à la chaleur :

• les thermoplastiques : au-dessus d’une certaine température, ces polymères « fondent » ou tout du moins se trouve dans un état déformable, voire fluide. Ces matériaux sont en principes recyclables puisqu’on peut les refondre. Applications : emballages et objets de toutes sortes.
• les thermodurcissables : ces polymères durcissent une fois pour toute, typiquement suite à un premier chauffage ^[c]d’autres procédés sont possibles : réaction chimique (colles bicomposant), humidité de l’air (colles à prise très rapide), irradiation UV (électronique). Ces matériaux ne sont pas recyclables car on ne peut pas les refondre. Applications : stratification (panneaux de particules, plans de travail, contreplaqué), mousses isolantes dans le bâtiment, isolants électriques, colles, adhésifs, coques de bateaux.
• les élastomères : ils présentent une très grande élasticité. Il s’agit généralement de thermodurcissables, constitués de longues chaînes faiblement réticulées sous l’action de la chaleur. L’exemple le plus connu est sans doute le caoutchouc naturel. Applications : pneumatiques, tuyaux, joints, membranes etc.

Les substances rajoutées au plastique

Les charges

Les charges sont des particules solides intégrées au plastique afin de réduire son coût, d’améliorer ses propriétés mécaniques ou de lui conférer des propriétés particulières. Il existe de multiples charges disponibles :

• charges d’origine minérale : fibres de verre par exemple
• charges organiques : sciure de bois par exemple
• charges métalliques : poudre d’aluminium par exemple

Les additifs

Il existe divers type d’additifs permettant de conférer des propriétés particulières au plastique :

• Les plastifiants permettent de faciliter la mise en œuvre du plastique (en réduisant sa température de process) et de le rendre plus flexible à l’utilisation.
• les substances anti-condensation empêchent l’apparition de buée sur les emballages pour préserver leur transparence
• les retardateurs de flamme rendent le plastique moins inflammable
• les agents antistatiques évitent l’accumulation de poussière (sur un tableau de bord par exemple)
• les stabilisants augmentent la durée de vie du plastique en résistant à l’eau et aux UV (exemple des fenêtres en PVC)
• les colorants
• autres : pour augmenter la rigidité du plastique, sa résistance aux acides, au froid, sa brillance, sa transparence.

Certains de ces additifs peuvent comporter des risques en migrant par exemple sur un aliment. Quelques exemples de contaminations :

• phtalates (plastifiant) de boissons sucrés
• semicarbazide (étanchéité joints PVC) de purées de bébé
• le bisphénol A (réactif chimique, stabilisant et plastifiant) dans le polycarbonate des biberons, dans la résine époxy qui tapisse l’intérieur des boites de conserve, dans les papiers thermiques (tickets de caisse), composites dentaires. Le bisphénol A fait partie des perturbateurs endocriniens. Interdit mais souvent remplacé par du bisphénol P ou S, considérés moins dangereux, mais dont les effets n’ont pas été autant étudiés que le bisphénol A.
• retardateurs de flamme bromés : présents dans les plastiques destinés au bâtiment ou aux appareils ménagers. Ils pourraient se retrouve un jour dans notre chaîne alimentaire.

Les contaminants

Malheureusement, le plastique a une fâcheuse tendance à se charger en profondeur de substance polluantes au cours de sa vie. Au contact d’aliments ou de boissons, il va avoir tendance à relarguer une partie de ces substances. Ceci pose de grandes difficultés en terme de recyclage car il faut être en capacité de se débarrasser de tous ces polluants avant de les remettre sur le marché (on ne sait pas à coup sûr ce que le consommateur a pu mettre dans sa bouteille d’eau avant de la jeter). Or, un simple nettoyage de surface (eau, détergent) ne suffit pas. Industriellement, on peut alors mettre en place un recyclage dit « mécanique » : cela consiste à chauffer suffisamment le matériau broyé pour que les contaminants s’évaporent puis s’évacuent dans un flux d’air ou une aspiration. Ce procédé est notamment utilisé pour les bouteilles en PET. Malheureusement, ce procédé ne permet pas d’éliminer les molécules les plus lourdes. Cependant, Nathalie Gontard qui a travaillé directement sur ce sujet pour l’EFSA ^[d]European Safety Food Authority : autorité européenne de sécurité des aliments explique dans son ouvrage que le risque est négligeable pour un cycle de réutilisation . Néanmoins, elle estime que ce risque ne peut être exclu pour plusieurs cycles de utilisation / décontamination du PET alimentaire. Et elle ne peut rien conclure sur les autres plastiques : le PET est le plastique le moins propice à la contamination profonde.

Un peu de vocabulaire pour s’y retrouver

Les définitions ci-dessous sont fortement empruntés au lexique présent à la fin de l’ouvrage de Nathalie Gontard et Hélène Seingier . Nous nous référons aussi à un article de France Nature Environnement

« plastique biosourcé » : plastique issu, partiellement ou totalement, de ressources renouvelables tels que le sucre, l’amidon de maïs, l’huile de colza, la fécule de pomme de terre, les algues, polymères de micro-organismes. Exemples : le bio-PE, le bio-PET ou le PLA. Un plastique biosourcé n’est pas nécessairement biodégradable. Par opposition, on parle de « plastique pétrosourcé » lors qu’il est au contraire issu de la transformation pétrole.

« plastique recyclé » : plastique composé, partiellement ou totalement, de matière recyclé. Attention : un plastique recyclé n’est généralement pas recyclable à l’identique une nouvelle fois.

« plastique recyclable » : plastique qui en fin de vie peut être transformé à nouveau en plastique : le matériau est généralement réduit en paillettes puis refondu. Attention : un matériau peut très bien être recyclable en théorie mais jamais recyclé en pratique parce que les filières de recyclages n’existent pas (soit en raison de difficultés techniques, soit en l’absence de de débouchés économiques). De plus, le terme est souvent utilisé de façon impropre car dans la plupart des cas, les plastiques ne sont pas recyclés mais plutôt décyclés, la matière obtenue après traitement étant de moins bonne qualité que la matière d’origine. A ce jour, on ne peut réellement parler de recyclage que pour le PET (plastique numéroté 1) et le PEHD (plastique numéroté 2)

« plastique biodégradable » : plastique capable de se décomposer naturellement et en quelques mois, sous l’action de micro-organismes (p.ex. bactéries, champignons, algues, vers de terre), en eau, dioxyde de carbone (CO₂) et / ou méthane (CH₄), et autres sous-produits non toxiques pour l’environnement.

« plastique compostable » : selon la législation européenne, il s’agit de plastique se dégradant en moins de 6 mois dans un composteur industriel (température supérieure à 60 °C et sous humidité contrôlée). Ils ne sont donc pas compostables en conditions naturelles. Ainsi le PLA est « compostable » mais pas en conditions naturelles. Le logo OK Compost certifie que le produit est compostable (en compostable industriel donc)

« plastique compostable en conditions naturelles : il s’agit tout simplement de plastique biodégradable et donc compostable en quelques mois dans un compost domestique. Le PHA par exemple est compostable en conditions naturelles. Le logo OK Compost Home certifie que le produit est compostable en compostage domestique.

« bioplastique  » : ce terme prête à confusion. Il peut désigner :

• un plastique biodégradable sans être biosourcé
• un plastique biosourcé sans être biodégradable
• un plastique à la fois biosourcé et biodégradable

Présentation de quelques thermoplastiques

• PE : polyéthylène
• bio-PE : PE biosourcé mais non biodégradable
• PET : polytéréphtalate d’éthylène. C’est le plastique de nos bouteilles d’eau ou de soda.
• bio-PET : PET biosourcé mais non biodégradable.
• PEHD : polyéthylène haute densité
• PVC : polyvinylchlorure. Applications : sols de bureaux.
• PEBD : polyéthylène basse densité
• PP : polypropylène
• PS : polystyrène
• PS expansé : polystyrène expansé. Ce matériau est bien connu pour sa légèreté et son aspect floconneux qui en font un matériau isolant par excellence ainsi qu’un matériau incontournable pour le packaging.
• PLA : acide polylactique. Le PLA est un plastique biosourcé obtenu à partir d’acide lactique issu d’amidon de maïs ou de sucre de betterave. Il n’est pas biodégradable au sens strict mais compostable dans un composteur industriel (où la température est supérieure à 60 °C).
• PHA : poly-hydroxy-alcanoate. Le PHA est issu de polymères microbiens (biosourcé donc). Il est biodégradable (en conditions naturelles).
• PBAT : polybutylène adipate co-téréphtalate. Pétrosourcé mais biodégradable. Les sacs de fruits et légumes translucide et doux au toucher que l’on trouve au supermarché sont faits dans ce matériau.

Les plastiques recyclables en France

• PET (plastique numéroté 1)
• PEHD (plastique numéroté 2)

Références