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Le plastique biobasé, une fausse bonne idée ?

17/03/16

Les entreprises ne s’y sont pas encore mises, mais, techniquement, rien ne les empêcherait de fabriquer du plastique à partir de betteraves ou de froment. Génial pour l’environnement ? Pas de réjouissance hâtive. Une étude de Sandra Belboom, ingénieure de recherche à l’Université de Liège, démontre que le gain au niveau des émissions de CO2 est bel et bien important comparé à l’utilisation de matières fossiles. Mais ce procédé engendrerait également des effets secondaires non négligeables, comme une augmentation de l’acidification et de l’eutrophisation.

Entre 2008 et 2012, le pétrole était sur toutes les lèvres. Son cours frôlait les sommets, le secteur de la finance s’affolait, les automobilistes se rendant à la pompe se lamentaient. Vite, il fallait une alternative à l’or noir et à tous ses dérivés ! Les biocarburants étaient les sauveurs tout trouvés. Les pouvoirs publics débloquèrent des fonds pour faire avancer la recherche, des études furent lancées… Puis au fur et à mesure que le pétrole en revenait à des prix plus décents, les biocarburants retombaient dans l’anonymat. L’emballement était retombé. Pourtant, bien loin des effets de mode, des scientifiques poursuivirent leurs recherches. Comme Sandra Belboom, ingénieure de recherches dans l’unité de recherches de Génie Chimique (Chemical Engineering) de l’Université de Liège.

Lorsque cette ingénieure civile chimiste avait entamé sa thèse, en 2009, sa thématique n’aurait pas pu coller davantage à l’actualité (lire Bioéthanol, éviter de comparer des pommes et des poires). Quelle était la meilleure utilisation du bioéthanol, ce biocarburant pouvant être produit à partir de cannes à sucre, de betteraves ou de froment et qui peut remplacer l’essence (en tout ou en partie) dans les réservoirs de nos véhicules ? « Aujourd’hui, vu le cours actuel du baril, il faut bien constater que la réduction des combustibles fossiles n’est plus la priorité, concède-t-elle. Mais les défis en matière de CO2 restent importants. Se diriger vers des produits biobasés reste l’une des possibilités pour réduire les émissions de dioxyde de carbone »

plastiques polymeres

Pour cette nouvelle recherche, dont les résultats ont été publiés en janvier dernier (1), Sandra Belboom a donc continué à investiguer les propriétés du bioéthanol. Non plus destiné à devenir un carburant, mais bien à servir dans la production du plastique. C’est la magie de la chimie : si l’on ôte une molécule d’eau de l’éthanol, on obtient de l’éthylène, qui est à la base de la fabrication de bien des produits, dont le polyéthylène, le plastique qui fait partie de nos vies quotidiennes. Cette fois, la chercheuse a laissé tomber la canne à sucre pour se concentrer sur la betterave et le froment. Question de géographie : les deux derniers poussent chez nous ! Les spécialistes belges en connaissent donc toutes les spécificités. Un aspect important dans le cadre de l’approche privilégiée par l’ingénieure, à savoir l’analyse du cycle de vie. « Il s’agit d’une méthode qui va pouvoir évaluer les impacts environnementaux potentiels d’un produit en tenant compte de tout son cycle de vie. De l’extraction des matières premières jusqu’à l’incinération, détaille-t-elle. Cette vue d’ensemble permet de mettre au jour les éventuels transferts de pollution ».

Et de citer l’exemple du bioéthanol utilisé en tant que biocarburant. Au premier abord, il semble bien sous tous rapports. Comme le carbone qu’il contient est issu des plantes, le CO2 relargué lors de sa combustion est neutre, puisqu’au départ ce CO2 a été capté par les plantes. Par contre, pour les produire, il aura fallu déverser des engrais sur champ, utiliser des tracteurs, mettre au point des techniques de transformation… « Si on ne regarde pas tous les aspects, on pourrait se dire que le biocarburant est magnifique et qu’il pourrait remplacer l’essence ! Mais une analyse du cycle de vie met en évidence que les processus de production pourraient contrebalancer les gains lors de l’utilisation. L’avantage de cette méthode, ce qu’elle ne tient pas seulement compte du CO2, donc des conséquences pour le climat, mais aussi d’autres types d’impacts environnementaux ».  

Quid du bio-éthylène ? Élaborer du plastique à partir de betterave et de froment réduit-il bel et bien les émissions de dioxyde de carbone ? Faut-il prendre en considération d’autres types de pollution ? Si le gain environnemental est faible, cela aurait-il du sens d’importer des produits venant de l’autre bout du monde ? Pour répondre à ces questions, Sandra Belboom a travaillé en quatre étapes. D’abord, définir son objet d’étude et les frontières du système (en l’occurrence ici, depuis la culture jusqu’à l’incinération), pour ensuite récolter les données nécessaires afin de réaliser les bilans de matière et d’énergie à chaque étape, d’obtenir les impacts environnementaux et d’interpréter les résultats. La collecte d’informations fut la phase la plus longue. D’où l’intérêt de connaître dans le détail tous les aspects liés aux cultures des betteraves et du froment. Plutôt que d’utiliser des données génériques, Sandra Belboom a voulu coller au plus près de la réalité belge. Elle a collaboré avec le Professeur Bernard Bodson (Gembloux Agro-bio Tech). Elle a également sollicité l’usine BioWanze (près de Huy), le plus gros producteur belge de bioéthanol, à la pointe en matière d’exploitation du froment, et s’est basée sur la littérature pour étudier la betterave. Enfin, des contacts ont été pris avec les producteurs de plastique pour identifier les quantités d’énergie nécessaires à la polymérisation, les rendements, etc. « Bref, on a pris différentes briques pour les assembler », résume-t-elle. Un travail qui, à sa connaissance, n’avait jamais été effectué. Du moins pour la betterave et le froment, la canne à sucre ayant déjà été abondamment étudiée en Brésil.

Les résultats se révèlent finalement mitigés. En demi-teinte. Les bonnes nouvelles d’abord : les plastiques biobasés font du bien au changement climatique. Durant toute leur durée de vie, ils émettent deux fois moins de gaz à effet de serre que ceux fabriqués à partir de pétrole. Une tonne de polyéthylène « classique » à haute densité dégage quatre tonnes d’équivalent CO2, tandis qu’une tonne issue de l’agriculture en génèrera moins de deux. Le bio polyéthylène consommera également moins de ressources fossiles: 500 kg équivalent pétrole pour la betterave et 400 pour le froment, contre environ 1.200 pour le pétrole.

Génial ? Pas si vite ! Place maintenant aux mauvaises nouvelles. Elles sont deux et se nomment eutrophisation et acidification. La première est principalement due à l’utilisation d’engrais dans les champs. Les terres sont dopées aux nitrates et aux phosphates, qui percolent ensuite vers les eaux. Le résultat n’est pas joli-joli : des algues qui pullulent tant et si bien qu’elles captent tout l’oxygène, au détriment de la faune et de la flore qui n’y survit pas. La production de plastique biobasé engendre une eutrophisation terrestre six à sept fois plus importante, et même sept à huit fois en milieu aquatique.  

Le bilan n’est guère plus glorieux en matière d’acidification, soit la trop forte présence d’oxydes d’azote, d’oxydes de soufre, etc. La faute à une importante consommation de combustibles fossiles ainsi qu’à l’émission de polluants dus à l’utilisation des engrais qui engendrent notamment des pluies acides qui ne laisseront pas la faune et la flore indemnes, pas plus que les façades des bâtiments. L’acidification est deux à trois fois plus forte pour le bioplastique que pour les produits à base de ressources fossiles.

Autant d’effets secondaires pas vraiment du genre négligeables. Pétrole-agriculture, chou vert et vert chou ? Quels maux sommes-nous prêts à accepter pour produire du polyéthylène ? Sandra Belboom se garde bien de trancher. « L’analyse du cycle de vie est un outil d’aide à la décision, elle apporte un éclairage supplémentaire par rapport aux points de vue économiques et techniques. Mais ce n’est pas un outil de décision ». Il permet à tout le moins de tordre le cou à une idée reçue : tout ce qui est issu de matières naturelles n’est pas forcément eco-friendly. « C’est un cliché qu’il faut casser pour ne pas tomber dans le greenwashing ».

froment champ
La décision de privilégier le pétrole ou les produits naturels en devient alors politique. Est-il préférable de réduire les émissions de gaz à effet de serre quitte à provoquer d’autres conséquences néfastes pour l’environnement ? Le CO2 est une problématique mondiale. Un kilo de dioxyde de carbone en moins, d’où qu’il soit économisé, profitera au monde entier. L’eutrophisation et l’acidification s’inscrivent pour leur part dans un contexte plus local. Cela en revient à choisir entre le bien-être de la planète et celui de son propre milieu, ce qui peut également se faire par le biais d’une agriculture raisonnée permettant de réduire ces effets par l’application optimisée des fertilisants…

D’autant que privilégier le plastique à base de betterave ou de froment entraînerait d’autres répercussions. Pour cultiver ces matières premières, il faut de l’espace. Or les terres arables ne sont pas extensibles et la production actuelle ne permettrait certainement pas d’assumer tous nos besoins. Il faudrait donc « exproprier » le bétail ou abandonner d’autres types de cultures. Où faudrait-il installer les bêtes ? Quels produits devrions-nous du coup davantage importer ? Avec quelles conséquences économiques ? Évidemment, modifier l’affectation de quelques hectares passera inaperçu. Mais si ce même changement devait s’opérer au niveau d’un pays, d’un continent… Effet domino assuré. « S’il devait y avoir une décision politique à grande échelle, il faudrait aller une étape plus loin et envisager une analyse conséquentielle, même si elle comporte des incertitudes relativement grandes. Personne n’a de boule de cristal ! En tout cas, intégrer une approche économique permet d’essayer de déduire le type de changements qui pourraient se produire et d’éviter de générer des effets pervers ».

La culture de la canne à sucre au Brésil en est une bonne illustration. À priori, utiliser cette matière première pour fabriquer du plastique a tout du bon plan. Les rendements sont très importants (jusqu’à 200 tonnes à l’hectare, selon certaines publications !) et rien ne se jette : la bagasse – le résidu fibreux obtenu après avoir broyé la canne à sucre – peut être brûlée, donc les producteurs sont autosuffisants en terme énergétique et ne consomment quasiment pas de ressources fossiles. Niveau CO2, le bénéfice est encore plus important qu’avec la betterave ou le froment. On parle d’un gain de 3 à 4. Depuis les débuts de cette culture dans les années 1970, les terres consacrées à la canne à sucre se sont considérablement étendues. Heureusement, différence de sols oblige, il n’a pas fallu déforester pour libérer de l’espace. Si ce n’est qu’il a fallu modifier l’affectation des terres de pâturage. Le bétail a été déplacé, notamment vers la forêt amazonienne. On soupçonne dès lors la canne à sucre d’avoir indirectement provoqué la déforestation. « Si l’on tient compte de ce paramètre, souligne Sandra Belboom, l’impact CO2 devient plus important que pour les produits fossiles. Ou alors il faudrait compenser par un temps de retour (le nombre d’années durant lesquelles il faudrait utiliser les bioproduits pour contrebalancer cette déforestation), qui varie entre 5 et 100 ans, selon le pourcentage de déforestation retenu ».

Le sujet a suscité son lot de polémiques, les avis n’étant pas unanimes quant à une responsabilité avérée dans la déforestation. Reste que sans cet aspect, la canne à sucre est de loin le meilleur élève. Du coup, cela serait-il pertinent d’importer cette matière première pour fabriquer notre bioplastique ? « Tout dépend du mode de transport, répond la chercheuse. On pourrait imaginer une importation par bateau entre Rio et Anvers, mais alors des granulés ou du plastique en tant que tel, sinon on transporterait beaucoup d’eau, donc la cargaison serait plus lourde et génèrerait plus d’émissions. Si toutes ces conditions étaient réunies (et pour autant qu’il n’y ait pas d’impact dû à la déforestation), alors cela pourrait être neutre niveau CO2. Encore faudrait-il tenir compte du coût et de l’aspect social ». Pas sûr que produire à l’autre bout du monde soit bénéfique pour l’emploi sous nos contrées. Pas sûr, non plus, qu’au Brésil ou dans d’autres pays en voie de développement, les travailleurs des champs de canne à sucre soient traités de manière optimale.  « Il existe des analyses du cycle de vie durable, mais les critères sont encore en développement. On peut mettre en évidence des "hotspots", du style : autorise-t-on le travail des enfants ? La sécurité sociale existe-t-elle ? Combien d’heures sont prestées par jour ?... Mais où met-on la limite entre ce qui est acceptable ou non ? Le point de vue est subjectif ».

Procéder à une analyse de cycle de vie, c’est finalement un peu comme tirer sur le fil d’une pelote de laine. On sait par quel bout cela commence, mais on ne sait pas quand le déroulement se termine. Puis des nœuds peuvent apparaître et compliquer l’opération. Mais pour parvenir à tricoter un monde plus vert, il faut bien passer par là !

ETAPES PEHD

(1) Does biobased polymer achieve better environmental impacts than fossil polymer? Comparison of fossil HDPE and biobased HDPE produced from sugar beet and wheat, in Biomass & Bioenergy (2016).


© Université de Liège - http://www.reflexions.uliege.be/cms/c_413591/fr/le-plastique-biobase-une-fausse-bonne-idee?printView=true - 29 septembre 2020