Une équipe de l'Université chinoise de Hong Kong a récemment démontré un nouveau matériau plastique aux propriétés « vivantes » : sous certaines conditions, il peut s'auto-décomposer en quelques jours à deux semaines sans laisser de résidus microplastiques. En intégrant des micro-organismes « mangeurs de plastique » directement dans les plastiques, les chercheurs peuvent permettre aux matériaux qui sont presque difficiles à dégrader d'être « déclenchés » avec précision à la fin de leur cycle de vie pour obtenir une décomposition rapide et complète.

Traditionnellement, une fois que le plastique pénètre dans l’environnement, il peut mettre jusqu’à mille ans à se décomposer, et même les matériaux d’emballage brièvement utilisés peuvent persister longtemps sous forme de microplastiques, posant ainsi des risques cumulatifs pour les écosystèmes et la santé humaine. En revanche, les matériaux et les tissus biologiques finiront par se décomposer. Cette « fatalité » est devenue la source d'inspiration de cette étude : si les plastiques sont conçus comme un « mécanisme de mort » comme les êtres vivants, l'échelle de temps de la pollution plastique peut-elle être modifiée depuis la source ?

Le projet est dirigé par des scientifiques de l'Université chinoise de Hong Kong, qui ont développé un « plastique vivant ». La méthode principale consiste à intégrer des spores bactériennes modifiées dans une matrice en plastique. Ces micro-organismes sont latents lors d’une utilisation quotidienne et n’affecteront pas les performances du matériau ; Lorsque les chercheurs ajoutent une solution nutritive à une température spécifique, les bactéries se réveillent et commencent à sécréter des enzymes qui décomposent le plastique, « s'autodétruisant » la structure du matériau de l'intérieur.

Le matériau de base choisi par l’équipe de recherche est le polycaprolactone (PCL), un plastique intrinsèquement dégradable. Dans le passé, des études connexes ont été réalisées sur l’utilisation d’enzymes microbiennes pour le dégrader. La différence est que ce travail n'a pas séparé les micro-organismes du plastique, mais a intégré les deux en un tout, de sorte que le matériau était « pré-installé » avec son propre système de dégradation au début de la fabrication.

Pour le cheminement technique spécifique, les scientifiques ont sélectionné Bacillus subtilis et l'ont conçu de manière à ce qu'il puisse produire efficacement des enzymes qui dégradent les polymères dans des conditions appropriées. Contrairement aux études précédentes qui reposaient sur un seul système enzymatique, ces travaux ont conçu deux enzymes qui coopèrent l'une avec l'autre : un type d'enzyme est responsable de « couper » les polymères à longue chaîne à plusieurs endroits, affaiblissant ainsi rapidement le squelette plastique ; l'autre type d'enzyme continue de décomposer ces fragments en molécules plus petites pour une utilisation et un traitement ultérieurs par des micro-organismes.

Les résultats expérimentaux montrent que ce système à double enzyme est plus efficace que la solution traditionnelle à enzyme unique et peut atteindre une dégradation presque complète de la matrice PCL en six jours. Dans le même temps, étant donné que les micro-organismes sont encapsulés dans le film plastique sous forme de spores, les propriétés mécaniques du matériau sont proches de celles des films PCL ordinaires et peuvent toujours répondre aux besoins de flexibilité et de résistance lors de l'utilisation.

Il faut souligner que ce « plastique vivant » ne s’autodétruira pas subitement sans raison, et sa dégradation nécessite des conditions de déclenchement spécifiques. Les chercheurs ont utilisé une solution de culture nutritive chauffée à environ 50 degrés Celsius comme milieu déclencheur. Lorsque la solution de culture entre en contact avec le matériau, les spores dormantes sont activées, ce qui déclenche immédiatement la sécrétion d'enzymes et le processus de décomposition du plastique.

Afin de vérifier la faisabilité d'une application pratique, l'équipe a utilisé ce matériau pour fabriquer un dispositif d'électrode portable et a ajouté une solution de culture déclenchée à l'expérience pour observer son processus de dégradation complet. Les résultats ont montré que « l'électrode vivante » s'est pratiquement complètement décomposée en deux semaines, tandis que l'électrode en plastique disponible dans le commerce dans le groupe témoin était encore presque intacte dans les mêmes conditions, soulignant les avantages du nouveau matériau en termes de vitesse de dégradation et de minutie.

Les chercheurs admettent également que cette technologie présente encore des limites. Tout d’abord, cela n’a été vérifié que dans les systèmes PCL qui sont intrinsèquement dégradables. À l’avenir, de nouvelles adaptations des matériaux et un développement des processus seront nécessaires pour les promouvoir auprès de plastiques plus courants (en particulier les plastiques jetables). Deuxièmement, comme pour la plupart des plastiques « biodégradables », l’effet de dégradation dépend fortement des conditions environnementales. En l’absence de milieux déclencheurs spécifiques ou de communautés microbiennes appropriées, le matériau peut néanmoins se comporter de manière plus proche des plastiques ordinaires dans l’environnement naturel.

Cependant, le PCL, un substrat, est connu pour se biodégrader dans des environnements de sol ou de compost contenant des micro-organismes naturels dégradant le plastique, ce qui atténue dans une certaine mesure les craintes selon lesquelles « les conditions de déclenchement sont trop dures ». Néanmoins, l’équipe de recherche espère toujours développer des méthodes de déclenchement plus universelles, telles que l’utilisation des conditions de l’environnement aquatique pour activer les matériaux, car une grande quantité de plastique finit par se déverser dans les rivières et les océans. Ce n’est que lorsqu’ils peuvent être efficacement déclenchés et dégradés dans les plans d’eau que la pollution plastique marine peut être considérablement réduite.

À l’avenir, les scientifiques prévoient d’étendre cette stratégie « micro-organisme implanté + système à double enzyme » à davantage de types de plastique, en particulier les plastiques généraux largement utilisés dans les emballages et les produits jetables. Si cette idée mûrit et est appliquée à grande échelle, la logique de conception des produits en plastique devrait passer de « considérer uniquement la performance » à « prendre en compte dès le début la fin du cycle de vie », offrant ainsi un nouveau point de départ technologique pour le contrôle global de la pollution plastique au niveau des matériaux.

Actuellement, cette recherche a été publiée dans la revue Applied Polymer Materials, et davantage de détails et de données expérimentaux sont rendus publics par l'American Chemical Society. Alors que la communauté internationale continue de rechercher des voies de « réduction du plastique » et « sans plastique », ce type de « plastique vivant » qui peut s’autodétruire à la demande offre une nouvelle direction imaginative et techniquement réalisable sur la manière de raccourcir la durée de vie écologique des plastiques sans sacrifier la commodité.