Le PLA est-il vraiment biodégradable ?

Source : 3dnatives.com

Le PLA est le matériau d’impression 3D le plus populaire et le plus largement utilisé pour les imprimantes FDM. L'une des raisons principales est que, par rapport aux autres matériaux, c’est un plastique très facile à imprimer. Cela en fait le filament idéal, même pour les moins expérimentés. On dit aussi que les filaments en PLA sont plus durables car le PLA est biodégradable. Mais est-ce vraiment le cas ? À quel point le PLA est-il réellement durable ? Pour trouver une réponse à nos questions, nous avons interrogé des experts et leur avons demandé leur avis à ce sujet.

Voici nos experts : Florent Port, président de Francofil, entreprise française qui développe et produit en grandes quantités des filaments pour l’impression 3D en Normandie ; Nicolas Roux, directeur général de l’entreprise Zimple 3D qui propose des solutions pour simplifier l’utilisation des imprimantes 3D (systèmes de filtrage de l’air, par exemple) ; Jan-Peter Willie, cofondateur de 3D4Makers, entreprise néerlandaise productrice de filaments avec de nombreuses années d’expérience dans la production de plastique.

Le but de nos interviews d'experts était de distinguer le vrai du faux concernant le PLA. Le PLA est-il réellement durable ? Pour en savoir plus sur ce matériau, nous nous sommes concentrés sur sa biodégradabilité, ses émissions, sa production et d'autres questions telles que sa recyclabilité.

Comment le PLA est-il produit ?

Le PLA, également connu sous le nom d’acide polylactique ou polylactide, est obtenu à partir de matières premières renouvelables et naturelles comme le maïs. L’amidon (glucose) est extrait des plantes et converti en dextrose par l’ajout d’enzymes. Celui-ci est fermenté par des microorganismes en acide lactique, lui-même transformé en polylactide. La polymérisation produit de longues séquences moléculaires dont les propriétés ressemblent à celles des polymères à base de pétrole.

Le PLA pur est produit à partir de matières premières renouvelables et n’est pas basé sur des matières premières fossiles, comme l’ABS. C’est un point très positif si l’on considère que le pétrole brut est une ressource finie. Néanmoins, une question éthique se pose : est-il justifiable de produire du plastique à partir de nourriture, alors que la population mondiale ne cesse de croître et que les besoins alimentaires augmentent ? Jan-Peter Willie commente : « Il y a beaucoup de débats sur la consommation totale de carbone, de carburants fossiles et d’eau dans la production de bioplastiques à partir de matières naturelles, et sur le fait qu’ils aient ou non un impact négatif sur la chaîne alimentaire humaine. Pour produire 1 kg de PLA, le plastique le plus courant disponible commercialement, il faut 2,65 kg de maïs. Comme 270 millions de tonnes de plastique sont produites chaque année, remplacer le plastique traditionnel par du PLA dérivé du maïs retirerait 715,5 millions de tonnes de la chaîne alimentaire, à une époque où le réchauffement climatique réduit la productivité des exploitations agricoles tropicales ». En d’autres termes, si nous passons aux bioplastiques, les champs destinés à la nourriture devront entrer en concurrence avec ceux destinés à la production de plastique.

PLA : que signifient les termes biodégradable et compostable ?

Les termes « biodégradable » et « compostable » ainsi que leurs différences sont d’une importance fondamentale et sont souvent mal compris. Jan-Peter Willie explique : « Beaucoup de gens confondent "biodégradable" et "compostable". Au sens large, "biodégradable" signifie qu’un objet peut être décomposé biologiquement, tandis que "compostable" précise généralement que ce processus donnera lieu à du compost ». Un matériau « biodégradable » peut être décomposé dans certaines conditions anaérobies ou aérobies. Cependant, presque n’importe quel matériau se décomposera avec le temps dans la nature. Il est donc nécessaire de définir explicitement les conditions environnementales précises pour la biodégradabilité.

Le compostage est quant à lui un processus réalisé par l’homme. Selon la norme européenne EN13432, un polymère ou emballage est considéré comme « compostable » si, dans les 6 mois, au moins 90 % de celui-ci est converti en émissions de carbone par des microorganismes dans une installation de compostage industriel, avec des additifs représentant au maximum 1 % de la masse initiale et étant inoffensifs. Ou, pour résumer, nous pourrions dire que « tout compostage est toujours une biodégradation, mais que toute biodégradation n’est pas du compostage ».

Le filament en PLA peut-il être qualifié de biodégradable ?

Dans les publicités ou les descriptions du PLA, nous lisons souvent « PLA biodégradable », ce qui suggère que le PLA, tout comme les déchets de cuisine, peut se décomposer dans le compost domestique ou dans la nature. Cependant, ce n’est pas exactement le cas. Le PLA peut être qualifié de biodégradable, mais « dans les conditions spécifiques du compostage industriel ; il est plus approprié de dire, dans ce cas, qu’il s’agit d’un polymère biodégradable. Pour que le PLA soit réellement dégradable, des conditions de compostage industriel sont nécessaires, c’est-à-dire une température et une humidité contrôlées en présence de microorganismes », explique Florent Port. Jan-Peter Willie ajoute : « Le PLA est compostable, mais uniquement dans une installation de compostage industriel ».

Dans ces conditions de compostage industriel, le PLA peut être dégradé biologiquement en quelques jours, voire quelques mois au maximum. Les températures doivent être supérieures à 55-70 °C. Nicolas confirme également : « Le PLA peut être dégradé biologiquement dans des conditions de compostage industriel ».

Malheureusement, la définition « PLA biodégradable » utilisée par les fabricants et les distributeurs peut induire le consommateur final en erreur si elle n’est pas correctement expliquée. L’Agence fédérale de l’environnement souligne dans son rapport qu’un impact environnemental accru lié aux microplastiques peut se produire si le PLA est jeté dans la nature en raison de cette prétendue biodégradabilité communiquée.

Dans la nature, il faut au moins 80 ans au PLA pour se décomposer, ce qui signifie que dans la mer et sur terre, il contribue à la pollution environnementale due aux plastiques et, surtout, aux microplastiques. Pour cette raison, le PLA ne doit pas être jeté dans la nature, dans les composteurs domestiques ou avec les déchets organiques, tout comme n’importe quel autre type de plastique.

Le PLA et les autres bioplastiques peuvent-ils être dégradés dans toutes les installations de compostage ?

La réponse est non. Une enquête menée par l’association allemande pour la protection de l’environnement, German Environmental Aid (DUH), qui compte près de 1 000 installations allemandes de compostage pour les déchets organiques et les déchets biologiques, a démontré que 95 % de ces installations ne sont pas en mesure de composter les bioplastiques selon les normes. De plus, 80 % de ces installations de compostage qui traitent les déchets organiques et biologiques allemands considèrent les bioplastiques comme une substance gênante. Cela prouve que, bien que le PLA puisse théoriquement être dégradé biologiquement, l’infrastructure correspondante fait défaut en pratique pour la dégradation du PLA et des autres bioplastiques.

Le PLA peut-il être recyclé ?

Selon nos trois experts, le PLA peut être recyclé. Toutefois, Florent Port souligne : « Il n’existe actuellement aucune collecte officielle des déchets de PLA issus de l’impression 3D. En effet, les canaux actuels relatifs aux déchets plastiques rendent difficile la distinction entre le PLA et d’autres polymères tels que le PET (bouteilles d’eau), et la contamination de ces matériaux par le PLA affecte négativement le recyclage. Techniquement, le PLA est recyclable à condition que la collecte concerne uniquement le PLA, sans aucune contamination provenant d’autres plastiques ».

Que devrions-nous savoir sur les émissions de l’impression 3D avec du PLA ?

Plusieurs personnes croient à tort que les émissions libérées par l’impression du PLA sont entièrement inoffensives car le PLA, lorsqu’il est imprimé, dégage une odeur plutôt douce. L’ABS à base de pétrole, en revanche, dégage une odeur de plastique désagréable. Nicolas Roux, directeur général de Zimple 3D, est un expert en émissions de filaments, et nous l’avons interrogé à ce sujet. Il nous a confié : « Des études scientifiques ont montré que le PLA émet une quantité significative de nanoparticules qui peuvent traverser la barrière alvéolo-capillaire et contaminer tout le corps via le sang ». Cette barrière ou membrane est la partie du poumon à travers laquelle les gaz échangent leurs fonctions, à savoir l’absorption d’oxygène et l’émission de dioxyde de carbone.

« Ces particules sont principalement composées de lactide, mais d’autres particules toxiques peuvent également être libérées car les filaments utilisés sont rarement en PLA à 100 % et contiennent jusqu’à 40 % d’additifs. C’est pourquoi on trouve des tests montrant que le PLA émet du styrène, du chlorométhyle et de nombreux autres composés cancérigènes connus dans l’industrie chimique ». Un rapport de l’Agence fédérale de l’environnement confirme également l’exposition aux particules fines, aux nanoparticules et aux COV (composés organiques volatils) dans l’impression 3D par extrusion de PLA et d’autres plastiques comme l’ABS, les émissions de l’ABS étant supérieures à celles du PLA.

À quel point ces émissions sont-elles dangereuses ?

« En l’absence de fiche de données de sécurité conforme, les risques varient considérablement d’un filament à l’autre, bien qu’ils soient présents dans tous. Les additifs utilisés et le processus de production du filament ont un impact significatif sur la dangerosité des émissions », explique Nicolas Roux. Il est donc certain que lorsque l’on imprime du PLA, les nanoparticules peuvent se diffuser de manière incontrôlée dans l’air et contaminer le corps de l’utilisateur. « Pour cette raison, il est nécessaire de se protéger en limitant le risque ». Nicolas Roux conseille de ne jamais travailler à proximité d’une imprimante 3D en fonctionnement, d’aérer la pièce dans laquelle l’impression est effectuée et, si nécessaire, d’utiliser un système de filtration.

Certains filaments sont-ils plus éco-responsables que d’autres ? Quelles sont les alternatives au PLA ?

Florent Port explique : « Les filaments organiques sont plus éco-responsables que ceux dérivés de ressources fossiles ». Dans ce cas, les additifs sont très importants. Certains fabricants, comme Francofil, produisent également des filaments de PLA dont les additifs ne contiennent pas de substances chimiques. De nombreux produits dérivés (déchets) comme des moules, du blé et du marc de café sont ajoutés à leurs filaments de PLA, ce qui les rend 100 % biosourcés.

Nicolas Roux estime qu’il n’existe pas d’alternatives réellement durables aux filaments en PLA : « Malheureusement, je ne connais pas de filaments réellement écologiques et sûrs qui n’émettent pas de particules ou qui sont capables de se biodégrader seuls sur le sol ou dans la mer. À mon avis, privilégier des filaments avec des fiches de données de sécurité conformes de la part des fabricants européens est une attitude responsable lors du choix des matériaux ». Jan-Peter conseille également les filaments européens : « Pour le PLA provenant d’Asie, il existe de nombreux fournisseurs qui ne spécifient pas ce que contiennent leurs filaments ».

Il poursuit : « Il existe de nombreux plastiques créés à partir de matières premières naturelles, mais il est rare de les voir sous forme de filaments. Il est probablement difficile d’en faire un filament, ou bien ils ne sont pas adaptés à l’impression ». Toutefois, des entreprises comme la start-up canadienne Genecies travaillent au développement de polymères pouvant être dégradés dans des environnements naturels après environ 12 mois. Certains fabricants, comme Nefilatek, proposent également désormais des filaments recyclés. Il s’agit toujours de plastique, mais nettement plus durable qu’un nouveau matériau.

Le PLA biodégradable ne l’est donc que s’il est traité dans des installations de compostage industriel. Néanmoins, en raison du manque d’infrastructures, il est difficile de composter le PLA de manière industrielle ou de le recycler. Contrairement à l’opinion courante, le PLA émet également des substances nocives pour la santé, bien qu’en plus petite quantité que l’ABS, par exemple. Le vrai problème des filaments de PLA est donc que leurs propriétés sont parfois communiquées de manière erronée et ne sont pas clairement définies ; dans certains cas, il pourrait même s’agir de « greenwashing ».

Dans l’ensemble, on peut dire que le PLA est, dans une certaine mesure, plus durable que le plastique issu de carburants fossiles en raison de sa production à partir de matières premières renouvelables et de sa possibilité de biodégradation. Mais il s’agit toujours d’un plastique qui pollue la nature et les océans, et il est donc important, comme pour tout plastique utilisé, de le recycler.