Title: Biomat
1Plate Forme Technologique dEVREUX
Groupement dintérêt Public Innovation et
Transfert de Technologies (GIP ITT) Spécialisé
dans la Sécurité Sanitaire et Environnementale Co
mposé de Membres publics et privés
Moyens Humains Plus de 30 ingénieurs et
docteurs des secteurs publics privés aux
compétences variées et complémentaires
2Equipements
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 dampoules
- Agroalimentaire
- Enceinte multi applications
- Tube à passage de courant (TPC)
- Salle danalyse sensorielle
Halles technologiques expérimentales
Pilotes de lumière pulsée
- Conditionnement
- Laboratoire dessais dureté,
traction/compression, vieillissement - Tables de découpe et rainage
- Conditionnement liquide, visqueux et pâteux,
- Blisters, gélules, comprimés, barqueuteuse,
ensacheuse
Animalerie
3NOS RESEAUX
Des moyens mutualisés au service de votre
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Avec le soutien de
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5Biomatériaux et Biodégradation
- 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 dapplications
- Conclusion
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6Biomatériaux et Biodégradation
- 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 dapplications
- Conclusion
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7Biomatériaux 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 matériauxmise en œuvre facile,
coût faible, légèreté, longue durée de vie.
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8Biomatériaux et Biodégradation
- Inconvénient lélimination de ces matériaux
après usage en particulier pour ceux ayant des
applications à courte durée de vie comme
lemballage.
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9Biomatériaux et Biodégradation
- La mise en décharge
- Solution la plus simple mais la plus polluante au
niveau des sols et des eaux souterraines. - Cest 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.
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10Biomatériaux et Biodégradation
- Lincinération
- Intéressante lorsquelle est combinée à une
valorisation énergétique. - Mais engendre lémission de composés gazeux
toxiques non complètement maîtrisés (dioxine, gaz
acides). - Amène un apport supplémentaire en CO2 contribuant
à leffet de serre.
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11Biomatériaux 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
12Biomatériaux et Biodégradation
- Le recyclage chimique
- Dépolymérisation thermique ou chimiolyse
obtention des monomères dorigine. - Craquage chimique (thermolyse ou pyrolyse)
obtention dintermédiaires chimiques. - Gazéification obtention de gaz de synthèse (CO2
/ H2). - Solutions de valorisation mais très spécifiques
et peu rentables.
IUFM 03-04-07
13Biomatériaux 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 dattente?) - Quelle solution?
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14Biomatériaux et Biodégradation
- Le recyclage biologique ou biodégradation
- Fondée sur des phénomènes délimination
naturelle. - Nécessite lutilisation dun 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.
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15Biomatériaux et Biodégradation
- 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 dapplications
- Conclusion
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16Biomatériaux et Biodégradation
- Propositions de définitions du CEN (Comité
Européen de Normalisation) - Dégradation
- Processus irréversible conduisant à des
changements de structure dun 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.
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17Biomatériaux et Biodégradation
- Biodégradation
- Dégradation causée par une activité biologique,
particulièrement par action enzymatique. - Compost
- Amendement de sol organique obtenu par
biodégradation dun mélange de matières
organiques. - Compostabilité
- Capacité dun matériau à être biodégradé dans un
processus de compostage. Cette capacité doit être
prouvé par des méthodes danalyses standardisées.
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18Biomatériaux et Biodégradation
Brandl et coll.,1995
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19Biomatériaux et Biodégradation
- Proposition dune nomenclature relative à la
biodégradabilité des - polymères dans lenvironnement
- 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 nest
pas établi - Par voie chimique dégradable
- Par voie biologique biodégradable
- Et formation de molécules assimilées par les
cellules bioassimilable
Vert et Guerin, 1992
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20Biomatériaux et Biodégradation
Lobjectif est donc de créer un cycle
écologique sans production de déchets. Exemple
dun produits biodégradable Biolice de la
société LIMAGRAIN
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21Biomatériaux et Biodégradation
- 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 loxygène, leau, 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
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22Biomatériaux et Biodégradation
- Au niveau moléculaire, deux modes daction
- Soit la rupture se produit au hasard le long
de la chaîne du polymère sous laction
dendoenzymes.
polymère
Diminution rapide et régulière de la masse
molaire du polymère
oligomères
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23Biomatériaux et Biodégradation
- Soit la rupture se produit de manière spécifique
en fin de chaîne sous laction dexo-enzymes
libérant des monomères, dimères ou trimères qui
nengendrent quune diminution lente et faible
de la masse molaire du polymère
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24Biomatériaux et Biodégradation
Au niveau cellulaire
Clivage enzymatique extracellulaire
oligomères monomères
Métabolisme intracellulaire
CO2 H2O Biomasse
polymère
O2
Les enzymes endocellulaires nagissent que sur
des molécules ayant pénétré dans la cellule
petites molécules ou longues molécules
hydrosolubles.
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25Biomatériaux et Biodégradation
- Les paramètres physicochimiques du milieu de
dégradation - Température
- pH (fixé à 7 dans les tests de dégradation, le
milieu sacidifie au cours de la dégradation) - Teneur en eau (humidité suffisante qui de plus
favorise lhydrolyse chimique du matériau) - Teneur en oxygène (aérobiose, teneur en O2gt6,
sinon la flore microbienne est modifiée) - Présence dinhibiteurs (exemple des métaux lourds)
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26Biomatériaux et 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
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27Biomatériaux et 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 lirrégularité 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
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28Biomatériaux et 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 dadditifs inhibant les micro-organismes
- Présence de charges biodégradables favorisant la
biodégradation
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29Biomatériaux 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 dune gélose
contenant comme seul source de carbone le
matériau à tester.
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30Biomatériaux et Biodégradation
Les tests de laboratoires, in vitro
(suite) Dégradation en milieu solide simulant
les conditions in-situtest de compostage
standard (ASTM D-5338-92 et ISO/CEN 14855) basé
sur la mesure du CO2 produit à partir de
léchantillon 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.
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31Biomatériaux et Biodégradation
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32Biomatériaux et Biodégradation
- La seule norme qui fait référence actuellement
est la norme NF EN 13342. Elle arrête 4 critères
dacceptation - Composition taux maximal de solides volatils et
métaux lourds - Biodégradabilité gt 90 du taux de la substance
de référence menée simultanément, celle-ci devant
montrer une biodégradation gt70 en 45 jours - Durée de lessai limité à 6 mois
- Désintégration moins de 10 de résidus de taille
gt2mm en 3 mois - Qualité du compost final performance gt90 du
témoin
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33Biomatériaux 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
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34Biomatériaux et Biodégradation
- 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 dapplications
- Conclusion
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35Biomatériaux et Biodégradation
- 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 dorigine microbienne
- Polymère dorigine chimique
- Polymère dorigine agricole
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36Biomatériaux et Biodégradation
- Polymère dorigine 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
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37Biomatériaux et Biodégradation
- Polymère dorigine microbienne
- Les polylactides
- Les monomères dacide lactique ou glycolique sont
obtenus par - fermentation.
- Le polymère est synthétisé
- par voie chimique PLA
- EcoPla, Heplon ,Laced , Lacty
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38Biomatériaux et Biodégradation
- Polymère dorigine 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.
Chitosane
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39Biomatériaux et Biodégradation
Polymère dorigine chimique Voie la plus
compliquée à mettre en œuvre basée sur
lincorporation de liaisons labiles tels
quester ou amide dans la chaîne
principale. Polyesters aliphatiques comme le
polycaprolactone (Tone, CAPA,celgreen)
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40Biomatériaux et Biodégradation
Polymère dorigine chimique Polyesters amides
Ils sont principalement connus sous lappellation
commerciale BAK produit par Bayer mais dont
la production a été stoppée en raison dun coût
trop élevé. Copolyeters aliphatiques et
aromatiques (Ecoflex, EastarBio, Skygreen) Pol
ymères vinyliques PVAL (polyalcool de vinyl)
obtenu par hydrolyse du PVAC (polyacétate de
vinyl) (Vinex, Aquafilm)
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41Biomatériaux et Biodégradation
- Polymère dorigine agricole
- Ce sont essentiellement des polyosides
- La cellulose
- Il sagit 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
IUFM 03-04-07
42Biomatériaux et Biodégradation
- Polymère dorigine agricole
- 2. Lamidon
- Amylose
- Amylopectine
IUFM 03-04-07
43Biomatériaux et Biodégradation
- Polymère dorigine 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 deau, incorporé
jusquà 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).
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44Biomatériaux et Biodégradation
- Polymère dorigine 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 damidon quils contiennent ces
matériaux sont facilement biodégradables
(MaterBi, BioPlast)
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45Biomatériaux et Biodégradation
Les principaux polymères biodégradables dorigine
chimique ( source ADEME)
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46Biomatériaux et Biodégradation
Les polymères biodégradables issus des ressources
renouvelables (source ADEME)
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47Biomatériaux et Biodégradation
- 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 dapplications
- Conclusion
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48Biomatériaux et Biodégradation
Il na cessé de croitre depuis 1990, mais reste
reste très en deçà du marché des matières
plastiques ( 0,3).
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49Biomatériaux et Biodégradation
- 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 - Laméricain CARGILL
- Litalien NOVAMONT
- Les allemands BASF et BIOTEC
- Dautres devraient jouer un rôle important ces
prochaines années - Les américains DUPONT et PROCTER and GAMBLE
- Le hollandais EASTMAN
- Langlais UCB
- En ce qui concerne la consommation de ces
biopolymères, elle - serait actuellement de 70 000 tonnes/an dans le
monde
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50Biomatériaux et Biodégradation
- 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 dapplications
- Conclusion
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51Biomatériaux et Biodégradation
Exemple du Materbi de la société NOVAMONT
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52Biomatériaux et Biodégradation
- Les secteurs visés concernent particulièrement
les objets à usage - unique, à courte et moyenne durée de vie.
- Les sacs de collecte
- Sacs Mater-bi commercialisés par NOVAMONT pour la
collecte des déchets fermentiscibles - Les sacs à sapin 100 biodégradables et 100
compostables lancés par Handicap International - Les sacs réutilisables
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53Biomatériaux et Biodégradation
- Les emballages industriels
- Dominés par les produits de calage, ils sont
réalisés - essentiellement avec de lamidon extrudé ou formé
et se - présentent sous forme de chips et autres blocs
destinés à - labsorption des
- chocs.
- On trouve aussi dans ce segment de marché les
films de - suremballage.
- Lemballage ménager et la restauration
- Barquettes destinées aux produits frais
- Pots de yaourt
- Films pour sandwicherie, boulangerie
- Assiettes et couverts jetables
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54Biomatériaux et Biodégradation
- Les films pour paillage agricole
- Avantages
- Technique (difficultés de ramassage)
- Législatif (brûlage en plein champ interdit)
- Agronomique (utilisation unique sur de courtes
durées) - Économique (suppression de la main dœuvre de
ramassage) - Les tee de golf!
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55Biomatériaux et Biodégradation
- Dans le cadre du développement durable, ces
nouveaux matériaux - écologiques entrent dans une logique qui
visent à supprimer - les causes des pollutions au lieu de nen traiter
que les effets. - Le principal inconvénient de ces polymères
biodégradables est - leur coût (2 à 10 fois supérieurs aux polymères
dorigine - pétrochimique.
- Trois leviers damélioration sont à envisager
- Laugmentation des tonnages réduisant les coûts
de recherche, - Larrivée de nouvelles technologies en
particulier celle qui simplifie le processus de
fabrication, - Une volonté politique internationale (comme par
exemple la taxation différentes de ces produits)
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56Biomatériaux et Biodégradation
Je vous remercie de votre attention.
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