Des plastiques sans pétrole - Par : Émile Gauthier et Tania Michaud - ExpoJournal
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Des plastiques sans
pétrole
Par : Émile Gauthier et Tania Michaud
Résumé : Des plastiques sans pétrole Gauthier, É. & Michaud, T. 2017.
Sciences, Cégep de Saint-Félicien. Des plastiques à base d’ingrédients naturels
ont été fabriqués en suivant des recettes trouvées sur internet. Leurs
propriétés physiques ont été testées afin de les comparer.
Abstract : Des plastiques sans pétrole Gauthier, É. & Michaud, T. 2017. Sciences,
Cégep de Saint-Félicien. Plastics based on natural ingredients have been made
by following recipes found on the internet. Their physical properties were tested
to compare them.
Mots clés: Plastiques, biologiques, bioplastiques, pétrole, naturel,
biodégradable, chimie
Le pétrole est une énergie fossile utilisée dans la fabrication de plusieurs produits
commerciaux tels que les cosmétiques, les engrais et le plastique. Elle dégage une très
grande quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, ce qui est nocif pour les
organismes vivants. Étant donné que le pétrole se régénère sur plusieurs centaines
d'années, les quantités actuelles de ce produit sont en baisse. Les écologistes se
penchent de plus en plus sur cette problématique en tentant de trouver des
alternatives biologiques aux carburants et aux plastiques. Nous avons choisi de faire
des bioplastiques à base d'ingrédients naturels afin de diminuer l'ampleur de cette
problématique.
But
Fabriquer des bioplastiques à base d'ingrédients naturels et de déterminer lequel de
ceux-ci atteint les plus hauts standards de qualité selon des critères physiques variés.
Théorie
Tout d'abord, un plastique est une substance modulable faite d'un polymère afin de
faire un objet quelconque, comme des bouteilles ou même des chaises. Un polymère
est une très grosse molécule comme les glucides et les lipides. Il existe trois structures
pour un polymère. La structure de polymère linéaire, polymère ramifié et polymère
réticulé. Le pétrole a une structure de polymère linéaire tandis que l'amidon de maïs
est une molécule d'amylose, soit une molécule linéaire aussi. C'est pourquoi l'amidon
de maïs peut aisément ressembler à un plastique commercial.
Des plastiques sans pétrole 1
Les polymères les plus courants sont les caoutchoucs, les peintures, les colles et les
matières plastiques. Leurs propriétés générales sont leur légèreté, leur souplesse, leur
stabilité à des températures modérées et leur capacité à être de bons isolants
thermiques et électriques1. Pour leur part, les bioplastiques sont faits à partir de
ressources renouvelables tels que : le maïs, la patate douce, le blé, la canne à sucre
et l'huile de ricin.2 Par exemple, si nous jetons un objet fait à partir de plastique à
l'extérieur, il dégagera beaucoup plus de gaz à effet que le même objet fait de
bioplastique. Le bioplastique est caractérisé par le fait que le pétrole est remplacé par
une résine végétale ou bactérienne biodégradable, ce qui appuie qu'ils soient moins
polluants qu'un plastique ordinaire.
Deux des différentes recettes trouvées contiennent des aliments à base de protéines
qui sont des macromolécules (de grosses molécules). L'ajout d'un agent acide dans la
solution protéinée dénature3 les macromolécules en la faisant passer de sa structure
tertiaire à une structure secondaire ou même primaire, ce qui provoque l'apparition
d'un précipité. Le résultat obtenu est semblable à celui fait à partir du pétrole dans les
plastiques habituels. L'autre recette contient des glucides qui sont aussi des
macromolécules. Il est intéressant de la tester pour voir si les glucides agissent de
façon semblable aux protéines.
Hypothèses
1- Le bioplastique à base de fécule de maïs, de HCl et de NaOH sera plus résistant
aux substances acides.
2- Les trois bioplastiques flottent.
3- Le bioplastique à base de crème chantilly est plus malléable.
4- Le bioplastique à base de bananes est le plus rigide.
5- Le bioplastique à base de patates est un plastique flexible.
6- Le bioplastique à base de fécule de maïs supporte une masse plus lourde que
celui à base de patates.
Matériel et méthodes
Toutes les recettes ont été trouvées sur internet (Voir médiagraphie).
Suite à la fabrication des bioplastiques, certaines propriétés physiques sont vérifiées.
1
https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_plastique
2
https://fr.wikipedia.org/wiki/Bioplastique
3 e
4 édition, Biologie de Campbell, ERPI Sciences
Des plastiques sans pétrole 2
Flottabilité : Les bioplastiques sont immergés dans un bac d’eau et leur flottabilité est
observée.
Résistance aux substances acides : 3 gouttes de jus de citron
sont localisées sur les bioplastiques et laisser agir durant 5
minutes. Le même procédé est utilisé pour le vinaigre.
Résistance à des masses : Les bioplastiques malléables sont
suspendus à un support et les masses sont accrochées. Les
bioplastiques rigides sont déposés entre deux blocs et les
masses sont déposées dans son centre.
Résultats Figure 1
Tableau I : Apparence générale des plastiques
Recette Texture Caractéristiques
Crème chantilly et Solide Ce plastique bleu est granuleux. Il est graisseux au
vinaigre toucher et difficile à mélanger.
NaOH, HCl et fécule Semi-liquide Il ne durcit pas. Il y a une grande quantité d'eau qui
de maïs s'évapore pendant la cuisson. Au départ, le plastique
était rose et il a terminé jaune foncé.
NaOH, HCl et fécule Semi-liquide Le plastique est un peu plus solide qu’au premier essai
de maïs #2 et il est resté vert foncé.
Crème chantilly et Solide Ce plastique vert pâle est également granuleux, mais
vinaigre #2 moins qu’au premier essai. Il a craqué dans son
contenant.
Jus de citron et lait Solide Il a cassé dans son contenant et il demeure très friable.
Jus de citron et lait Solide Ce plastique mauve a craqué dans son contenant par
#2 lui-même. Il demeure très friable.
Patates Solide et Ce plastique orange est dur et malléable comme une
malléable bouteille d'eau lorsqu'il est mince. Quand il est plus
épais, il est moins malléable, mais plus rigide.
Bananes Malléable Plastique flexible et friable.
Fécule de maïs Malléable Plastique blanc très flexible et malléable. Lorsqu'il est
plus épais, il est très rigide. Il ressemble beaucoup à un
plastique commercial comme de la pellicule moulante ou
un plat Tupperware.
Des plastiques sans pétrole 3
Tableau II : Aptitude à flotter des bioplastiques
Bioplastique Flottabilité
Crème chantilly et vinaigre Flotte partiellement
NaOH, HCl et fécule de maïs Impossible de faire le test, car il est liquide
NaOH, HCl et fécule de maïs #2 Impossible de faire le test, car il est liquide
Crème chantilly et vinaigre #2 Coule lentement
Jus de citron et lait Coule
Jus de citron et lait #2 Coule
Patates Coule lentement
Bananes Flotte
Fécule de maïs Coule
Tableau III : Résistance aux substances acides des bioplastiques
Bioplastique Jus de citron Vinaigre
Crème chantilly et vinaigre Fond légèrement Se brise en grattant
NaOH, HCl et fécule de maïs Devient plus liquide Devient plus liquide
NaOH, HCl et fécule de maïs Devient plus liquide Devient plus liquide
#2
Crème chantilly et vinaigre Fond légèrement Se brise en grumeaux
#2 lorsqu’il est gratté
Jus de citron et lait Se brise en plusieurs Se casse au toucher
morceaux en le grattant
Jus de citron et lait #2 Devient mou et change de Devient pâteux et change de
couleur couleur
Patates Devient légèrement plus mou Devient plus mou et se brise
en grattant
Bananes Absorbe et devient plus mou Devient plus mou et se brise
en grattant
Fécule de maïs Devient mou et est facile à Devient facilement rayable
rayer
Tableau IV : Résistance à des masses bioplastiques malléables
Plastique Masse supportée
(g)
Patates 600
Bananes 460
Fécule de maïs 450
Légende :
g : gramme
Des plastiques sans pétrole 4Tableau V : Résistance à des masses bioplastiques rigides
Plastique Masse supportée
(g)
Crème chantilly et vinaigre 660
Crème chantilly et vinaigre #2 1000
Patates 900
Jus de citron et lait Trop cassant pour faire le test
Jus de citron et lait #2 Trop cassant pour faire le test
NaOH, HCl et fécule de maïs Trop liquide pour faire le test
NOH, HCl et fécule de maïs #2 Trop liquide pour faire le test
Discussion
Les résultats obtenus en fabriquant les trois premières recettes ont forcé la
modification des protocoles afin d’obtenir de meilleurs résultats. La première version
du bioplastique à base de crème chantilly et de vinaigre était granuleuse et cassante.
Au deuxième essai, l’objectif était d’avoir une
texture plus uniforme et un bioplastique plus
solide. Finalement, le résultat ne répondait pas à
nos attentes (Figure 2).
La deuxième recette fabriquée, soit celle à base de
NaOH, HCl et de fécule de maïs, a donné des
résultats décevants lors des deux tentatives,
malgré des manipulations plus minutieuses.
La recette à base de jus de citron et de lait a donné Figure 2
un résultat moyennement concluant. En effet, il
avait l’apparence d’un bioplastique rigide, mais se cassait trop facilement. Lors de la
fabrication de la deuxième version, malgré les manipulations supervisées, le résultat
était le même (Figure 3).
Figure 3 Le bioplastique à base de patates a donné un résultat
très concluant. Il a été observé que plus la feuille
fabriquée était mince, plus le bioplastique était
malléable.
Celui à base de bananes a donné un résultat satisfaisant,
malgré le fait qu’il était friable. Le bioplastique était
flexible et consistant.
Le dernier bioplastique fabriqué, soit celui à base de
fécule de maïs, a donné le meilleur résultat. Il ne se
cassait pas au moindre contact et était malléable.
Dans le test de flottabilité, la majorité des plastiques ne flottaient pas, sauf celui fait
à partir de bananes. Un défaut de tous les plastiques est qu’ils n’étaient pas
imperméables. Leur texture changeait au moindre contact de l’eau. Malgré le fait que
le plastique à base de bananes flottait, il n‘était pas nécessairement un bon
bioplastique, puisqu’il se brisait très facilement.
Des plastiques sans pétrole 5Dans le test de la résistance aux substances acides, aucun plastique ne résistait ni au
jus de citron ni au vinaigre. Ils devenaient tous plus mous et ils se brisaient facilement.
Les plastiques malléables ont tous supporté de plus grandes masses que prévu. Les
plastiques à base de patates, bananes et fécule de maïs ont respectivement supporté
600g, 460g et 450g. C’est à ces masses que les plastiques ont cédé.
Les plastiques rigides ont également supporté de plus grandes masses qu’espérées.
Les plastiques à base de crème chantilly #1 et #2 ainsi que celui à base de patates
ont respectivement supporté 660g, 1000g et 900g. C’est aussi à ces masses qu’ils se
sont brisés. C’est probablement parce que les masses étaient bien réparties qu’ils ont
supporté de si grandes masses.
Par contre, les quatre autres plastiques à la fin du tableau V n’ont pas pu être soumis
à ce test, puisqu’ils ne pouvaient pas respecter les deux méthodes établies.
Malgré le fait que certains plastiques aient été les meilleurs dans différents tests
physiques, ils ne sont pas nécessairement les meilleurs bioplastiques. En effet, ils
étaient soit trop cassants ou friables pour avoir la chance d’être commercialisé.
Le meilleur plastique serait donc celui à base de fécule de maïs. Il avait l’apparence de
plastique qu’il est possible de retrouver sur le marché. Lorsqu’il était une feuille mince,
il était comparable à de la pellicule mince et lorsque la feuille était plus épaisse, il
ressemblait à un contenant du type Tupperware.
Il est possible de confirmer ou d’infirmer les hypothèses émises avant les
expérimentations. La première hypothèse est infirmée, puisque le bioplastique à base
de NaOH, HCl et de fécule de maïs devenait encore plus liquide lors de son contact
avec les substances acides. La deuxième hypothèse est également infirmée,
puisqu’aucun des bioplastiques mentionnés ne flottait. Encore une fois, la troisième
hypothèse est infirmée, car le bioplastique à base de crème chantilly et de vinaigre
était dur et pas du tout malléable. La quatrième hypothèse est infirmée, car le
bioplastique à base de bananes avait tout de même une certaine malléabilité. La
cinquième hypothèse est pour sa part confirmée, puisque le bioplastique à base de
patates est flexible. Finalement, la sixième hypothèse est aussi infirmée, car le
bioplastique à base de bananes a supporté 10g de plus que celui à base de fécule de
maïs.
Autocritique
Tout d’abord, les expérimentations ne se sont pas déroulées comme prévu puisque les
recettes ont été suivies aveuglément. Les précautions pour éviter les erreurs lors des
manipulations n’ont pas été prises et les résultats espérés au tout début n’étaient
basés sur rien.
Un autre point faible de la démarche utilisé est que les tests physiques effectués ne
permettaient pas d’avoir des résultats significatifs pour pouvoir classer nos plastiques.
Par contre, les différentes tentatives ont permis de comprendre pourquoi certaines
recettes ne fonctionnaient pas et des solutions ont été trouvées.
Des plastiques sans pétrole 6Suggestions
Il serait pertinent de vérifier si l’ajout d’un agent rendrait les recettes imperméables.
Par exemple, la silicone liquide rend les plastiques imperméables. Par contre, en
ajoutant de la silicone liquide, les bioplastiques seront-ils encore considérés
biologiques?
Également, refaire la recette de plastique en modifiant les quantités des ingrédients
permettrait d’améliorer les résultats. Par exemple, mettre moins de crème chantilly
dans la recette de bioplastique à base de cette crème et de vinaigre rend le résultat
moins cassant.
Retombées sur la société
Ce projet amène de grands bénéfices environnementaux puisque les bioplastiques sont
dépourvus de pétrole et de matière toxiques. Ces bouteilles se dégraderont plus
rapidement et dégageront beaucoup moins de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
Il demande un temps de fabrication beaucoup plus court qu'avec du pétrole. Par
exemple, plusieurs personnes ont la mauvaise habitude de jeter leurs déchets en
plastique dans la nature. Ces actions auront moins d’impacts, si ces déchets sont faits
de bioplastiques, car ils se dégradent plus rapidement. Les bioplastiques sont perçus
comme une solution à long terme, mais ils soulèvent certains questionnements
comme : est-ce que la population mondiale accepterait de cultiver de la nourriture
pour fabriquer du plastique tandis qu'il y a de la famine dans le monde? Il y a
également un autre impact très important à considérer : est-ce que les pays qui
possèdent le pétrole veulent céder leurs richesses aux pays cultivateurs de maïs?
L'économie mondiale serait alors inversée. Les bioplastiques sont une très bonne
alternative à envisager pour le futur. Il suffirait de trouver les bonnes réponses à ces
questions.
Conclusion
En définitive, il est possible d’affirmer que le but a été atteint. En effet, des
bioplastiques ont été fabriqués à partir d’ingrédients naturels et il a été possible de les
comparer selon leurs caractéristiques physiques. Également, il a été possible de
confirmer ou d’infirmer les hypothèses de départ. Ces expérimentations nous ont
permis de réaliser que les bioplastiques peuvent être une excellente alternative au
plastique traditionnel.
Remerciements
Nous tenons à remercier M. Robert Boulianne, enseignant de chimie organique au
Cégep de Saint-Félicien et tuteur du cours projet en chimie, de nous avoir guidées
dans notre projet du début à la fin. Également, nous remercions Mme. Geneviève
Lavoie, technicienne de laboratoire en chimie au Cégep de Saint-Félicien, pour ses
conseils et son implication dans notre projet.
Des plastiques sans pétrole 7Médiagraphie
Auteur inconnu, https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_plastique,
consulté le 25 janvier 2017, Wikipédia.
Auteur inconnu, https://fr.wikipedia.org/wiki/Bioplastique, consulté le 18
janvier 2017, Wikipédia.
Auteur inconnu, https://fr.wikipedia.org/wiki/Plastique, consulté le 16
novembre 2016, Wikipédia.
FAUCHER, Jacques, LACHAÎNE, René (adaptation française), 2012, 4e édition,
Biologie de Campbell, ERPI Sciences, Montréal, 1458p.
LE BEUZE, É. PSALMON, S (2016). «La synthèse de bioplastique», TPE, France
http://unsitelambdasurlesmateriaux.weebly.com/, consulté le 25 janvier 2017,
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DESCHÊNES, L. et TAILLON, J. (2013). «Bioplastique à partir de matières
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Youtube.com, [http://www.youtube.com/watch?v=BqJvVPbOOEY], (consulté
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Recettes des bioplastiques
À base de patates:
BBC. « Can We Make Plastics from potatoes? Bang Goes the Theory – Series 7
Episode 1 – BBC One » dans Youtube.com,
[http://www.youtube.com/watch?v=Lhigu23NQIw], (consulté le 27 février
2017)
Des plastiques sans pétrole 8À base de bananes :
RETUMBAN, Chynna. « Bio-Plastic Demonstration » dans Youtube.com,
[http://www.youtube.com/watch?v=SCH3PT_3Ngo], (consulté le 27 février
2017)
À base de jus de citron et de lait :
Auteur inconnu. «Le bioplastique : expérience 2» dans E-monsite, [http://le-
bioplastique.e-monsite.com/pages/experience-2.html], (consulté le 16
novembre 2016)
À base de crème chantilly et de vinaigre :
Auteur inconnu. « Bioplastique maison » dans Blue Marguerite,
[http://www.bluemarguerite.com/Loisirs-creatifs/astuces-4363-bioplastique-
maison.deco], (consulté le 16 novembre 2016)
À base de fécule de maïs :
ABOULHAIR, Michael. «fabrication bioplastique» dans Youtube.com,
[https://www.youtube.com/watch?v=bNXQwsnD0XQ], (consulté le 27 février
2017)
À base de NaOH, HCl et fécule de maïs :
Auteur inconnu, «bioplastique à partir de maïs» dans Sciences
amusantes,[http://wiki.scienceamusante.net/index .php?title=Bioplastique_%
C3%A0_partir_de_ma%C3%AFs], (consulté le 16 novembre 2016)
Iconographie
Image de la vignette : Photo personnelle. É. Gauthier et T. Michaud. Cégep de Saint-
Félicien. Reproduction autorisée.
Figure 1. Idem
Figure 2 : Idem
Figure 3 : Idem
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