Développement d'une méthodologie d’évaluation de la dégradabilité, dédiée à l’éco-conception. Application à des formulations à base de polyesters biosourcés et biodégradables.

Development of a methodology allowing degradability evaluation, for eco-conception. Application with biosourced and biodegradable polyester based formulations.

• Auteur / Autrice : Emma Delamarche
• Direction : Valérie Massardier-Nageotte, Rémy Bayard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères
• Date : Soutenance le 23/06/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) - Ingénierie des Matériaux Polymères / IMP
• Jury : Président / Présidente : Eric Leroy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Massardier-Nageotte, Rémy Bayard, Eric Leroy, Didier Perrin, Sébastien Livi, Bluma Soares
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Leroy, Didier Perrin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éco-matériaux

Polyesters

Matières plastiques biodégradables

Mots clés libres

Matériau polymère

Polymère biodégradable

Polymère biosourcé

Ecoconception

Recyclage des matériaux polymères

Biodégradabilité

PBS - Poly(butylène succinate)

PBSA - Poly(butylène succinate-Co-Adipate)

Acide Polylactique

Formulation

Liquide ionique

Solvant eutectique

Plastique

Polymer material

Biodegradable polymer

Biobased polymer

Ecodesign

Polymer recycling

Biodegradability

Poly(butylene succinate)

Poly(butylene succinate-Co-Adipate)

Polylactic acid

Compounding

Ionic liquid

Eutectic solvent

Plastic

Résumé

En réponse aux problématiques posées par la persistance des matériaux polymères conventionnels tels que les polyoléfines dans l’environnement, ainsi que par l’utilisation de ressources fossiles, de nombreuses alternatives biosourcées et/ou biodégradables apparaissent sur le marché. Dans une démarche d’éco-conception, lors de la formulation d’un nouveau matériau pour en moduler les performances, les propriétés d’usage, la mise en oeuvre, mais aussi la fin de vie doivent être considérées dans le but de proposer des compromis visant à réduire l’empreinte environnementale globale. La thèse propose une méthodologie visant à guider l’anticipation de la fin de vie dès l’étape de conception, en particulier en vue de valorisations organiques par traitement biologique. Cette méthodologie mise en place vise à favoriser le développement de matériaux à fin de vie contrôlée et à identifier les paramètres influençant leur dégradation. Un ensemble d’études permettant d’évaluer l’hydrolysabilité abiotique et enzymatique, la biodégradabilité dans des boues de station d’épuration, ainsi que la fragmentation dans des milieux scénarisés, ont été mis en place, à l’aide de séries de films biodégradables. Il s’agit de matériaux à base de polyesters : poly(butylène succinate) ou poly(butylène succinate-co-adipate), mélangés avec de la lignine, de l’acide polylactique ou de l’amidon. Afin d’assurer la compatibilité de ces mélanges, des liquides ioniques et solvants eutectiques ont été employés. L’impact de ces additifs sur les propriétés de biodégradabilité des matériaux polymères a été peu étudié dans la littérature. La thèse permet dans une certaine mesure d’établir un lien entre formulation et dégradabilité, grâce à la caractérisation des échantillons à l’état initial et au suivi de leurs propriétés après dégradation, et de proposer des pistes visant à la conception de matériaux à dégradabilité contrôlée.

Due to non-biodegradable polymer persistence in the environment, such as polyolefins, and due to the use of non renewable resources in polymer production, biobased and/or biodegradable alternatives constitute a growing market. In eco-conception approach, during the formulation stage, use properties and processability, as well as end-of-life, must be considered, in order to achieve a compromise allowing an environmental footprint reduction. The work proposes a methodology allowing the anticipation of material end-of-life during the conception stage, specifically through organic valorization routes. This methodology aims at guiding the conception of new materials exhibiting controlled degradability, and identifying key factors affecting their degradability. Different protocols were implemented, assessing abiotic and enzymatic hydrolysability, biodegradability in wastewater, and disintegration in scenarized media. Series of biodegradable polyester blends were used as models: those were films of poly(butylene succinate) or poly(butylene succinate-co-adipate), blended with lignin, poly(lactic acid) or starch. These blends were compatibilized with ionic liquids and eutectic solvents, whose impact on polymer degradability had not been well studied in the literature. This work helps to establish relations between formulation and degradability, through sample characterization at initial state and after degradation, and to propose routes aiming at conceiving materials exhibiting controlled degradability.