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Comment transformer l’huile en plastique?

« Seuls nous, les humains, fabriquons des déchets que la nature ne peut pas digérer. » Ce sont les mots de l’océanographe Capt. Charles Moore, qui a découvert le Great Pacific Garbage Patch en 1997. Et, bien sûr, il parle de plastique.

La plupart des gens qui liront ceci auront probablement quelque chose de plastique dans leur champ de vision. Ce matériau est omniprésent: nous produisons maintenant plus de 300 millions de tonnes (272 tonnes métriques) de plastique par an, dont environ la moitié est destinée à un usage unique – ce qui signifie qu’il est jeté immédiatement après avoir atteint son objectif. Cela a conduit à un problème croissant de Déchets plastiques vont aux décharges, et certains de ces déchets sont évacués et se retrouvent dans les rivières et finalement dans la mer. En fait, autour de 8 millions de tonnes (7,2 millions de tonnes) de pollution plastique pénètre dans l’océan chaque année, où elle enchevêtrent la vie marine, pollue les récifs coralliens et finalement – soumise à la dégradation par l’eau, le vent et le soleil – se divise en milliers de milliards de minuscules morceaux de microplastique.

Ces particules de plastique ressemblent beaucoup à de la nourriture pour de nombreuses espèces marines, qui se gorgent alors de pollution et finissent par mourir de faim par manque de nutrition réelle. La surface des microplastiques attire également les polluants dans l’océan et finit par les transporter dans le corps des animaux, avec des effets que nous essayons toujours de comprendre. Il est possible que les microplastiques nuisent également aux humains, car nous les consommons via les fruits de mer et même dans boire de l’eau: en 2019, l’Organisation mondiale de la santé a appelé à plus de recherche sur les impacts potentiels de la pollution microplastique sur notre santé.

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Tout cela sous-tend le fait que, selon les ingrédients utilisés pour le fabriquer, le plastique peut être incroyablement résistant et ne peut jamais vraiment se biodégrader (ce qui, aux fins de cet article, signifie être efficacement réduit en composés réutilisables de base dans la nature, par les micro-organismes. dans l’eau et le sol). Associez cela au volume de pollution plastique dans notre environnement, et nous avons un problème clair. La plupart des plastiques à usage unique entrant dans l’océan, par exemple, y resteront pendant des siècles.

Comment avons-nous créé cette crise du plastique persistant? La réponse réside dans le processus que nous utilisons pour fabriquer le plastique lui-même. Mais d’abord, il est important de comprendre que le «plastique» n’est pas seulement les sacs à provisions que nous imaginons flottant dans l’océan.

Qu’est-ce que le plastique?

«Le terme« plastique »couvre souvent un large éventail de matériaux hétérogènes, chacun avec des applications différentes qui nécessitent des propriétés physiques très différentes», a déclaré Carl Redshaw, chimiste à l’Université de Hull au Royaume-Uni et participant au Plastics Collaboratory de l’université. projet, qui mène des recherches pour améliorer la durabilité de l’industrie des plastiques. « En fait, plus de 300 types de plastiques sont connus », a déclaré Redshaw à 45Secondes.fr.

Alors, si les plastiques sont si différents, qu’ont-ils en commun? Ils sont constitués de polymères, qui sont des molécules comprenant de nombreuses unités répétitives, dans des formations qui confèrent aux plastiques plusieurs des qualités souhaitées – telles que la flexibilité, la malléabilité et la résistance – qu’ils partagent souvent. Au-delà de cela, les plastiques appartiennent généralement à l’une des deux grandes catégories suivantes: les plastiques biosourcés, dans lesquels les polymères sont dérivés de sources telles que la fécule de maïs, les graisses végétales et les bactéries; et les plastiques dits «synthétiques», dans lesquels des polymères sont synthétisés à partir de pétrole brut et de gaz naturel.

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Malgré le nom écologique, les polymères biosourcés n’ont pas automatiquement un bon bilan environnemental, car ils peuvent également persister dans l’environnement et ne pas se biodégrader. « Tous les plastiques biosourcés ne sont pas des polymères biodégradables, et tous les plastiques biodégradables ne sont pas biosourcés », a expliqué Redshaw. Néanmoins, les matériaux dérivés du pétrole et du gaz naturel causent de manière comparable les dommages environnementaux les plus graves, car les plastiques de cette catégorie ont tendance à persister plus longtemps dans l’environnement – tout en provoquant également d’autres impacts environnementaux.

Pour comprendre pourquoi, nous allons examiner un exemple de plastique dérivé d’huile: prenez la bouteille de lait en train de refroidir dans votre réfrigérateur. Ce carton commence sa vie dans un endroit beaucoup plus dramatique – au plus profond des entrailles de la Terre, sous forme de pétrole brut. Cette substance, accumulée dans des chambres à haute pression au sein de la croûte terrestre, est forée et pompée à la surface et transportée par des pipelines vers les raffineries de pétrole. Ses boues denses sont constituées d’hydrocarbures, composés constitués de combinaisons d’atomes de carbone et d’hydrogène qui forment des chaînes de longueurs variables, leur conférant des propriétés différentes. Ces hydrocarbures sont les premières matières premières du plastique, prêtes à l’emploi par la Terre.

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À la raffinerie, la production de plastique est véritablement mise en marche. Ici, le pétrole brut de type mélasse est chauffé dans un four qui sépare les hydrocarbures en différents groupes – en fonction du nombre d’atomes qu’ils contiennent et de leur poids moléculaire résultant – puis les alimente dans un tube de distillation à proximité. À l’intérieur de ce tube, les hydrocarbures plus longs, généralement plus lourds, coulent vers le bas, tandis que les plus courts et plus légers montent vers le haut. Le résultat est que le pétrole brut est séparé en plusieurs groupes distincts de produits chimiques à utiliser – tels que le pétrole, l’essence et la paraffine – dont chacun contient des hydrocarbures de poids et de longueur similaires. L’un de ces groupes est le naphta, un produit chimique qui deviendra la principale matière première pour la fabrication du plastique.

diagramme montrant le processus de distillation du pétrole brut

Le processus de distillation du pétrole brut (Crédit d’image: blueringmedia via )

Naphta est comme or poussière pour la production de plastique, car deux des nombreux hydrocarbures qu’elle contient sont l’éthane et le propène. Ces deux composés sont essentiels à la formation des produits en plastique les plus couramment produits et omniprésents sur Terre, y compris le type utilisé pour ce carton de lait. Mais pour être transformés en quelque chose qui peut réellement être utilisé pour fabriquer du plastique, l’éthane et le propène doivent être décomposés de leur état d’hydrocarbure brut en unités plus petites.

il y a différentes facons de faire cela. Une méthode consiste à appliquer une chaleur et une pression élevées dans un environnement sans oxygène. Ce processus, appelé «vapocraquage», décompose les hydrocarbures en molécules plus courtes appelées monomères.

« Des monomères tels que l’éthylène à partir de l’éthane ou le propylène à partir du propène peuvent être dérivés directement du naphta après le craquage thermique » (qui incorpore le vapocraquage), a déclaré Payal Baheti, chercheur postdoctoral à l’Université Aston, spécialisé dans les matériaux polymères durables. L’éthylène et le propylène simplifiés, enfin, sont les ingrédients précieux nécessaires à la fabrication de l’épine dorsale du plastique.

Cette étape suivante se déroule à travers un processus appelé polymérisation, dans lequel ces ingrédients monomères individuels sont combinés chimiquement dans de nouveaux arrangements pour produire les longues chaînes répétitives connues sous le nom de polymères. Dans ce cas, l’éthylène et le propylène forment le polyéthylène et le polypropylène – les deux polymères les plus courants et les plus largement produits sur Terre.

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Alors, pourquoi ces deux polymères sont-ils si populaires? La composition du polyéthylène lui permet d’être utilisé pour fabriquer des plastiques de différentes densités – ce qui signifie qu’il peut être fragile et pliable, ou robuste et résistant – rendant ainsi ses applications extrêmement diverses. Parallèlement, la configuration du polypropylène le rend particulièrement flexible et résilient. Par conséquent, nous voyons tous les jours ces types de plastique, principalement dans des articles à usage unique comme le carton de lait, sans oublier les emballages en plastique, les pailles, les bouteilles d’eau, les sacs à provisions, les contenants de shampoing, les capsules de bouteilles – la liste est longue.

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Pourtant, ce ne sont que deux variétés de plastiques synthétiques sur des dizaines d’autres. D’autres types d’hydrocarbures sont isolés et décomposés à partir de différentes sources – non seulement du pétrole brut mais aussi du gaz naturel – et sont également utilisés pour fabriquer du plastique. Dans certains cas, les polymères peuvent être constitués d’un seul monomère, répété, comme on le voit dans le polyéthylène et le polypropylène, ou ils peuvent impliquer des combinaisons de quelques types de monomères.

De plus, chacune de ces chaînes polymères sera ensuite traitée de diverses manières et mélangée à divers additifs – antioxydants, agents moussants, plastifiants, retardateurs de flamme – qui les équipent pour remplir la variété de fonctions de niche qui rendent les plastiques si polyvalents.

« Différents plastiques doivent avoir des propriétés différentes », a déclaré Baheti à 45Secondes.fr. « Prenons l’exemple des emballages alimentaires, qui doivent décourager le passage de l’excès d’oxygène ou de la lumière du soleil, pour éviter la dégradation, il contient donc des additifs pour le faire. » On pourrait dire que ce sont les additifs qui confèrent à un polymère ses propriétés et conduisent à la formation d’un plastique.  »

Ces fioritures finales créent l’immense diversité de produits en plastique que nous avons aujourd’hui – et qui apportent d’énormes contributions à la production et au stockage des aliments, aux cosmétiques, à la technologie, à la médecine et aux soins de santé.

« Matériel extraterrestre »

Maintenant, avançons à nouveau dans ce processus de production. Le plastique synthétisé à partir du pétrole et du gaz naturel est fabriqué en isolant les hydrocarbures, en les décomposant en leurs composants, puis en reconstituant ces pièces en des formations entièrement nouvelles jamais vues dans la nature. Pour parler simplement, cela crée un matériau « étranger » inconnu des microbes dans l’eau et le sol de la Terre, a expliqué Baheti. « Le squelette de carbone trouvé dans le plastique synthétisé n’est pas reconnu par les bactéries du sol, ce qui signifie qu’elles ne peuvent pas le digérer et le convertir en eau et en dioxyde de carbone. »

«Le polyéthylène peut prendre des siècles à se décomposer dans les décharges», a déclaré Redshaw. « Cela signifie qu’une grande partie de ce qui a été produit au cours de notre vie reste dans sa forme presque originale. Et la persistance n’est pas le seul problème: car elle se désagrège progressivement sous l’influence du soleil, de l’eau et du vent, du pétrole et du gaz naturel. rejets plastiques dérivés les émissions de gaz à effet de serre contenus à l’intérieur, ainsi que la lixiviation des produits chimiques ajoutés lors de la production dans l’environnement. Le volume considérable de la pollution plastique à usage unique, en particulier – combiné à sa persistance et à un impact environnemental continu qui peut durer des siècles – a créé la catastrophe environnementale que nous assistons aujourd’hui.

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Mais il y a peut-être un moyen de sortir de ce tas de déchets. Redshaw pense que les plastiques biodégradables – qui sont au centre de ses recherches – pourraient être une solution potentielle. Pour ressasser, fabriquer du plastique biodégradable ne signifie pas nécessairement le produire à partir de sources biosourcées comme l’amidon de maïs (bien que cela puisse fournir une solution). Plus précisément, il s’agit de fabriquer du plastique à partir de polymères qui peuvent être décomposés de manière raisonnablement efficace par les microbes présents dans l’eau et le sol.

Pour que cela ait un impact planétaire réel, les polymères biodégradables devraient remplacer le polyéthylène et le polypropylène à base d’huile, mais tout en conservant des propriétés telles que la résistance et la flexibilité qui rendent ces polymères conventionnels si désirables. C’est un défi de taille, rendu plus délicat par le fait que les polymères conventionnels restent compétitifs moins chers à fabriquer.

Mais quelques options biodégradables commencent à faire leur chemin. L’un est un type appelé polylactides, qui est utilisé pour fabriquer des articles à usage unique tels que des tasses, des couverts et des pailles, qui pourraient se biodégrader plus efficacement une fois qu’ils sont dans l’environnement. Ces types d’inventions sont susceptibles d’augmenter à mesure que la pression mondiale augmente pour rendre le plastique plus durable, a estimé Redshaw.

Il y a aussi des indices d’optimisme ailleurs. En 2016, des chercheurs ont découvert un mangeur de plastique les bactéries, et d’autres ont depuis identifié le polyéthylène-grignotage vers (cette bête est une chenille du plus grand papillon de cire, 45Secondes.fr précédemment rapporté). Ils ont également trouvé des enzymes qui peuvent être conçues pour décomposer les déchets plastiques.

«Peut-être que dans les années à venir, nous apprendrons des bactéries et des vers qui possèdent la capacité de décomposer et de digérer les plastiques, même des trucs comme des sacs en polyéthylène, et de concevoir de grands vers artificiels qui peuvent se frayer un chemin à travers nos déchets plastiques – comme les asticots géants qui figuraient dans « Doctor Who » dans les années 70!  » Dit Redshaw.

En tout cas, dans le processus de création du plastique, les humains ont réussi à prendre les matières premières de la nature et à les transformer si profondément que la nature ne les reconnaît plus. Notre ingéniosité est ce qui nous a mis dans ce gâchis; maintenant, j’espère que cela peut nous faire sortir.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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