La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Films biodégradables Véronique Bellon-Maurel Cemagref - Montpellier

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Films biodégradables Véronique Bellon-Maurel Cemagref - Montpellier"— Transcription de la présentation:

1 Films biodégradables Véronique Bellon-Maurel Cemagref - Montpellier

2 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

3 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

4 Les Secteurs d’activité des «plastiques» (140 M T/ an en 2002) Le contexte Emballages Agriculture Hygiène Bâtiment Travaux publics

5 Emballages Agriculture Hygiène Bâtiment Travaux publics   une courte durée de vie   à usage unique   films de faibles épaisseurs   en contact avec des produits souillés

6 Emballages Agriculture Hygiène Bâtiment Travaux publics EMBALLAGES et HYGIENE :   corps creux recyclés   Films, barquettes, sacs de caisse (1 Million/h)

7 Emballages Agriculture Hygiène Bâtiment Travaux publics   FILMS PLASTIQUES AGRICOLES T en France - 30% pourrait être remplacé par biodégradable (paillage, petit tunnel, ficelle, emballage roundball)

8 Emballages Agriculture Hygiène Bâtiment Travaux publics   FILMS PLASTIQUES AGRICOLES ha de paillage en France ha de paillage dans le monde (2005). 150 fois plus!!!

9 L’enjeu économique Biodégradabilité = un argument commercial Besoin d’une normalisation et/ou de méthodes standard pour évaluer la biodégradabilité d’un matériau

10 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

11 Définitions  Dégradation: processus irréversible apportant des changements significatifs de la structure du matériau.  Biodégradation: dégradation du matériau par les micro- organismes selon les étapes:  biofragmentation  assimilation,  minéralisation  Photodégradation: Dégradation dont le mécanisme primaire s ’effectue sous l ’action de la lumière (rayonnements visible et UV)

12 Plastiques photodégradables  Combinaison de sels stabilisateurs et accélérateurs (sels métallo-organiques dialkyl-dithiocarbamate)  Stabilisateurs anti-oxydants: A base de Nickel, réagit avec oxydants (ROOH), donne un sulfate de Ni qui se retrouve sous forme d ’oxyde et est rendu inactif par l ’argile et les acides humiques.  Accélérateurs: mécanisme radicalaire Création d ’ions métalliques => formation de radicaux libres => autocatalyse

13 Plastiques photodégradables  Utilisés en paillage (maïs)  Pb: si le plastique n ’est pas au soleil, mauvaise dégradation (or on enfouit pour éviter la dispersion ou pour labour)  Toxicité des métaux lourds (Ni) Non, simulation sur 180 ans, pas de problème Attention aux bio-oxo- (pipo)-photodégradables!!!! …Type EPI: Autre exemple de FAUX biodégradable …http://www.degradable.net/

14 ASTM D et le Standard européen EN établissent qu'afin qu'un produit soit compostable, les critères suivants doivent être respectés: 1) Désintégration, capacité de se fragmenter en de petits morceaux non distinguables après examen et un support sûr pour la bio assimilation et la croissance microbienne. 2) Biodégradation inhérente, conversion du carbone en gaz carbonique à un niveau de 60% sur une période de 180 jours. (ASTM D ) et de 90% en 180 jours pour le standard européen (EN 13432) 3) Assurance qu'il n’y a aucune preuve d'une quelconque écotoxicité dans le compost fini et que les sols peuvent garantir la croissance de plantes. 4) Toxicité, que les concentrations des métaux lourds soient inférieures à 50% des valeurs recommandées. Les additifs TDPA® répondent à tous ces critères sauf le critère 2, le taux de conversion rapide de carbone en gaz carbonique. Les matières plastiques fabriquées avec les additifs TDPA® se dégradent et finalement se bio dégradent plus lentement que ce qui est exigé par les standards ASTM D et EN

15 Plastiques biodégradables: origine Origine NaturelleSynthèse Origine agricole Biotechn.PursComposites Amidon,Cellulose,Cellophanegélatine Biopol,Bionolle, PHB, PHV Polyesters PLA, PCL Polyesters (PCL) + Amidon (materbi)

16 Plastiques biodégradables: cahier des charges Soufflable, Injectable, moulable... Agriculture Résistance mécanique, à l ’eau, imperméabilité Etanchéité gaz Aptitude à la compostabilité ou à la biodégradation

17 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

18 Que mesurer sur un matériau biodégradable? Matériau + Biomasse CO 2 et/ou CH 4, H 2 O, monomères, nouvelle biomasse.

19 Que mesurer? Matériau Biomasse CO 2 et/ou CH 4, H 2 O, monomères, nouvelle biomasse. Estimation de la disparition: - Perte de poids - Surface dégradée

20 Que mesurer? Matériau Biomasse CO 2 et/ou CH 4, H 2 O, monomères, nouvelle biomasse. Evaluation de la croissance: - Envahissement microbien

21 Que mesurer? Matériau Biomasse CO 2 et/ou CH 4, H 2 O, monomères, nouvelle biomasse. Consommation d’O 2

22 Que mesurer? Matériau + Biomasse CO 2 et/ou CH 4, H 2 O, monomères, nouvelle biomasse. Production de CO2

23 BureauTest n°TitreParam. ASTMD Dégrad. anaérobie en CO2/CH4* présence de boues de step D Dégrad. aérobie en CO2 présence de boues de step D Dégrad. aérobie en compostageCO2 D Dégrad. aérobie en présence de 02 boues activées de step D Dégrad. en présence de Mw & Méca micro-organismes spécifiques JISK Idem D CEN Biodég ultime aérobie et désint CO2 des matériaux d’emballage en cond. contrôlées de compostage TESTS NORMALISES

24 Les conditions de mesure Tests In Situ Conditions externes Sols et compost Test de laboratoire liquide Conditions Controlées Test de laboratoire solide Conditions Controlées Facilité de mise en oeuvre Transférabilité Indices de biodégradabilité in vitro Indices de biodégradabilité in situ Indices de biodégradabilité in vitro

25 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

26 - Titrimétrie, Détecteur IR - 14 C Méthodes respirométriquesCO 2 O2O2 Méthode de l'envahissement microbien Mesure de la croissance microbienne Méthodes enzymatiques Matériau Inoculum Micro-organismes Mesure de la perte de poids Méthodes analytiques Mesure des propriétés mécaniques Etude de la méthode d’estimation de la biodégradabilité in vitro: Un éventail de techniques...

27 - Titrimétrie, Détecteur IR - 14 C Méthodes respirométriques CO 2 O2O2 Méthode de l'envahissement microbien Mesure de la croissance microbienne Méthodes enzymatiques Matériau Inoculum Micro-organismes Mesure de la perte de poids Méthodes analytiques Mesure des propriétés mécaniques Etude de la méthode d’estimation de la biodégradabilité in vitro

28 Matériau+ Inoculum + Milieu minéral + O 2 Dégradation aérobie CO 2 + H 2 O + biomasse + matériau résiduel C total = CO 2 + COD + C biomasse + C matériau résiduel (Swift, 1992; Müller, 1994; Itävaara, 1995) On mesure le CO2 (test de Sturm)

29   Méthode basée sur la future norme européenne qui est un test modifié de Sturm (Sturm, 1973) air pressurisé Production d’air exempt en CO 2 air exempt de CO 2 air sortant Liquide + inoculum + matériau Gaz Bioréacteur - Titrimétrie Ba(OH) 2 ou détection IR Détection CO 2 Mise en place de la méthode in vitro

30   Caractérisation de l’Inoculum Inoculum = Boue activée Mesure du carbone organique dissous Mesure des MES et MVS Dénombrement sur boite de Pétri des cellules viables Unités Formant Colonies Dénombrement sur cellule de Thoma des cellules actives Coloration à l’INT (Thouand, 1993)

31 6 réacteurs pour 1 matériau 1. Test: inoc + mat 2. Test: idem 3. Inhib: inoc + mat + ac sodium 4. Blanc: inoc 5. Ref >0: inoc + ac sodium 6. Ref 0: inoc + ac sodium 6. Ref <0: inoc + PE

32   Banc manuel de mesure de la biodégradabilité (Draft CEN, 1995): Pièges CO 2 Bioréacteurs

33   Evolution du CO 2 durant la dégradation CO 2 cumulé (mg) Temps (Jours) Acétate de Sodium Matériau PHBV (A) «Inoculum seul»

34   Evolution du CO 2 durant la dégradation Matériau Teneur CThCO 2 Taux de minéralisation m CO2 dégagé (matériau)(inoculum) mThCO 2   m CO2 dégagé Acétate de Sodium = Molécule de référence Courbe référencée par rapport à l ’acétate de sodium

35   Evolution du CO 2 durant la dégradation ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Taux de minéralisation (CO 2 ) Temps (Jours) Matériau PHBV (A) Courbe référencée par rapport à l’acétate de sodium

36 Banque de données Taux de minéralisation lu à t = 35 jours

37   Classement après 35 jours d’exposition Matériaux Facilement Biodégradables PHBV (e = 55µm) 99 % PCL 85 % Cellophane 76 % Matériaux de Biodégradabilité intermédiaire Amidon + PCL 49 % PLA 29 % Matériaux Non Biodégradables PE + Amidon 2 % PE 0,3 % Banque de données

38   Modélisation de la dégradation du matériau A en laboratoire ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Taux de minéralisation Temps (Jours) y max Hill y max /2 k=T 1/2 Sigmoïde de Hill Modélisation Sigmoïde de Hill

39

40 mais des limites... Automatisation  Risque de fuite –Dosage manuel et journalier  Coût des tests –Durée –Travail laborieux  Encombrement AUTOMATISATION DE LA MESURE basée sur le Draft CEN

41   Banc automatisé de mesure de la biodégradabilité Analyseur IR de CO 2 Bioréacteurs Ordinateur

42 Automatisation Automatisation ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Taux de conversion du CO 2 Temps (Jours) Méthode manuelle Méthode automatisée «classique» Méthode automatisée «optimisée»

43 Test laboratoire sur sol (1)

44 Tests laboratoire sur sol (2)

45 Taux de conversion Niveau de Conversion de 43% après 12 jours

46 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

47 Biodégradabilité in situ (compost)

48 •83 jours avec 4 prélèvements: 4 blocs prélevés à 7, 30, 55 et 83 jours •10 échantillons x 3 réplicats = 30 échantillons par prélèvement: 120 échantillons •PP et SD

49 Biodégradabilité in situ (compost)

50 •Le temps de dégradation en compost sont qqfois 6 fois plus courts que ceux obtenus pour une exposition sur sol. •En compost, du fait de la température, le matériau peut changer de structure ce qui influence la dégradation (changement de cristallinité)?

51 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

52 Mise en place du gabarit Mise en place des cadres cadre matériau 45° Sol 5 cm Phase terminale de recouvrement

53 Expérimentation  Choix des sites R C M T Cemagref Varennes S/Allier Cemagref Montpellier INRA Rennes INRA Auzeville

54   Protocole d’enfouissement   20 matériaux étudiés en triplicat   4 sites   6 relevés sur 2 ans (20 matériaux) x (3 réplicats) x (6 prélèvements) x (4 sites) = 1440 échantillons

55 Représentation d’une parcelle 6,5 m 5,5 m 1 4 mois 1, 2, 3 4, 5, 6 Site: Varennes S/Allier 4 14 mois 6 22 mois 5 18 mois 2 6 mois 3 10 mois

56 AVANT APRES 2 ans Matériaux: A B C D E F Taux de Perte de Poids (PP) Taux de Surface Dégradée (SD) de Surface Dégradée (SD)

57 Dégradation du matériau PHBV (150 µm) % Perte de Poids 03/9507/9511/9503/9607/9611/9603/97 Durée de l’exposition Montpellier Toulouse Clermont Rennes

58 % Perte de Poids 03/9507/9511/9503/9607/9611/9603/97 Durée de l’exposition PHBV (150µm) Site de Rennes

59 % Perte de Poids 03/9507/9511/9503/9607/9611/9603/97 Durée de l’exposition PHBV (150µm) Site de Rennes

60 Surface dégradée à estimer Matériau PHBV (155 µm) Signal Vidéo Traitement de l’image Conversion Analogique- Numérique Taux de Surface dégradée

61 Dégradation du matériau PHBV (155µm) sur le site de Rennes 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Taux 03/9507/9511/9503/9607/9611/9603/97 Durée de l’exposition Taux de surface dégradée Taux de Perte de Poids

62 Relation Surface dégradée / Perte de Poids 0,00,20,40,60,81,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Matériau PHBV (e=55µm) Taux de Perte de Poids Taux de Surface dégradée 0,00,20,40,60,81,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Matériau PHBV (e=150µm) Toulouse Rennes Clermont Montpellier Compost Taux de Perte de Poids Taux de Surface dégradée

63 PLAN * Problématique de l ’élimination des plastiques * Définitions: dégradabilité(s) * Mesure de la biodégradabilité: généralités * Mesure de la biodégradabilité en laboratoire * Mesure de la biodégradabilité en conditions réelles (compost, sol) * Perspectives

64 Les perspectives •Modéliser le comportement d’un matériau dans un environnement donné à partir de sa biodégradabilité intrinsèque •Connaître l ’impact agronomique/écologique des matériaux biodégradables •Encourager les marques et les normes liées à la biodégradabilité.

65 Caractérisation des matériaux Tests in vitro Méthode normalisée Tests in situ Caractérisation des sites CHIMIQUE: %C, H, N, O PHYSIQUE: e, Hydro.,Tsc y max, k, n - SD - PP SOL: Granulométrie A, L, S CHIMIQUE MO, pH, CN CLIMAT Tmoy., P Histogramme T Modélisation de la dégradation des matériaux TempsModélisation

66 Erreur de prédiction (%) Nombre d’échantillons correctement prédit Résultats bruts 0,61 0,75 0,84 0,89 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Erreur de prédiction (%) Taux d'échantillons correctement prédit Résultats cumulés

67 Impact agronomique des BioD - Tests agronomiques: - résultats OK en serre - en plein champ: prob de détérioration précoce d ’où différence agronomique - Quid des oligomères relargués? Pb pour agriculture biologique (GRAB) - Quid des microfragments relargués

68 Impact agronomique des BioD

69 Encourager les marques : OK Compost OK Biodégradable 4 conditions pour une marque trans-nationale 1. Même normes 2. Zone éco homogène 3. Support de l’industrie 4. Bonne coopération entre organismes de certification «Tested once, approved once, accepted everywhere» Bientôt OK plasticulture?

70 Encourager les normes et législation N orme française (NF U – Matériaux biodégradables pour l'agriculture et l'horticulture - Produits de paillage - Exigences et méthodes d'essai, agréée en Février 2005), 11 Octobre 2005 : interdiction des sacs plastiques Non biodégradables en 2010

71 Utile… •Comité Français pour la Biodégradabilité (COBIO): •I. B. P. M. A. Int Biodegradable Products Manufacturers Association- Bert Lemmes : •AIB Vinçotte OK Compost - OK Biodegradable •http://www.degradable.net/downloads/ICS_Info_Pack_2001.p df


Télécharger ppt "Films biodégradables Véronique Bellon-Maurel Cemagref - Montpellier"

Présentations similaires


Annonces Google