LES BIOPLASTIQUES

LES BIOPLASTIQUES
Chaque année près de 300 dromadaires meurent d'indigestion de plastique dans les déserts des
Emirats. Leur mort est lente... la calcification du plastique dans l'estomac peut durer des mois...
Touché par des images publiées dans le journal
local, un jeune garçon de 14 ans, élève depuis
quatre ans à Abu Dhabi a pris l'initiative de
lancer une campagne d'information et de
sensibilisation auprès des écoles de la ville pour
sauver les dromadaires de cette horrible mort.
Vous avez tous entendu dire qu’il était possible de fabriquer du plastique – sans danger pour
l’environnement - à base de maïs. Comment du maïs pourrait-il être transformé en plastique ? Et
pourquoi serait-il sans danger pour l’environnement ? Vous décidez d’en savoir plus… Sans plus
attendre, vous vous rendez à la rencontre des chimistes qui développent des équivalents de produits
dérivés du pétrole, mais en utilisant des végétaux comme matière première…
 C’est pas sorcier : Chimie verte : des végétaux pour remplacer le pétrole
Quelques définitions :
Polymère : macromolécule formée par la répétition d’une unité (appelée monomère) constitué d’atomes liés
par des liaisons covalentes et de faible masse. La liaison des monomères se fait lors de la réaction de
polymérisation. Les polymères plastiques ont des propriétés physico-chimiques particulières (par exemple
pouvoir être moulés à chaud).
Plastique : Polymère produit par modification de substances naturelles ou par synthèse directe à partir de
substances extraites du pétrole, du gaz naturel ou du charbon (ressources fossiles) susceptible d'être moulé,
façonné, en général à chaud et sous pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet.
Bioplastique : polymère plastique fabriqué à partir de ressources naturelles et renouvelables (non
issus des ressources fossiles).
Q1 : Si vous deviez représenter une molécule de glucose par une lettre G, comment représenteriezvous un polymère de glucose (appelé amylose) ?
I- L’amidon : un polymère prometteur pour réaliser un plastique
L'amidon (du latin amylum, fleur de farine) est un glucide de réserve utilisé par les
végétaux pour stocker de l'énergie. Il se présente sous forme de grains visibles au
microscope (voir ci-contre). On le trouve dans les organes de réserves des plantes : les
graines (en particulier les céréales et les légumineuses), les racines, tubercules et
rhizomes (pomme de terre, patate douce, manioc, igname etc.).
Sur le plan industriel c'est surtout l’amidon du maïs et de la pomme de terre qui est utilisé.
L’amidon a pour formule chimique (C6H10O5)n et est composé de deux fractions polysaccharidiques :
 l'amylose, molécule formée de plusieurs centaines
d’unité de glucose enchaînés linéairement :
L’amylose est un composé biodégradable qui se dissocie en glucose
assimilable sous l'action d'enzymes (les amylases)
Q2 : Quels types d’atomes constituent la molécule d’amylose ? …………………………………………………
Q3 : Dessinez la molécule de glucose :
Q4 : Sachant que la masse d’une unité de glucose enchainé linéairement est d’environ 2,69.10-22g et que la
masse moyenne du polymère amylose que l’on peut obtenir est d’environ 5,98.10-17 g, calculer son indice de
polymérisation n.
 amylopectine, molécule plus
« ramifiée ».
Schéma légendé
Q5 : Si vous deviez représenter une molécule de glucose par une lettre G, comment représenteriez-vous une
molécule d’amylopectine ?
Q6 : Entourer et nommer les groupes fonctionnels de ces deux macromolécules en vous aidant du tableau cidessous.
Test caractéristique permettant de mettre en évidence la présence d’amidon : mettre en œuvre une
expérience permettant de vérifier la présence ou l’absence d’amidon dans quelques substances : pomme de terre
et de la poudre de « nisha corn starch » trouvée au supermarché.
Q7: Faire un schéma légendé de la manipulation puis noter vos observations et conclusions:
Q8 : Que signifie : corn starch ? ……………………………………………………………………………
L’amidon a aussi la faculté de créer des films et est exploité dans l'industrie pour ses propriétés d'épaississant
et de
gélifiant.
Schéma
légendé
La préparation de films à base d’amidon est très prometteuse. En effet, l’amidon est une matière première
renouvelable. Pour obtenir un film biodégradable, on préserve autant que possible la structure moléculaire de
l’amidon, de telle sorte que la décomposition par des enzymes reste possible.
Plusieurs premières tentatives industrielles ont été effectuées. En 1990, le groupe Ferruzzi-Montedison a mis au
point un matériau qui, même épais de plusieurs millimètres, disparaît en quelques mois. Ce matériau comprend
plus de 60 % de matières agricoles premières, notamment des amidons de céréales. Ceux-ci sont métabolisés
par les micro-organismes du sol. De même, le groupe Barbier a produit des sacs biodégradables à base de
polyéthylène et d’amidon de maïs, destinés à disparaître en quelques années. Plus récemment, Okozuna
Technologies a réalisé la synthèse d’un nouveau film de paillage 100 % biodégradable et 100 % compostable.
Cependant des problèmes importants subsistent. Par exemple, les petites particules non biodégradables, encore
présentes dans les sols après traitement, s’avèrent plus difficiles à récupérer que les « sacs entiers » du fait de
leur très petite taille. Un autre inconvénient réside dans leur tenue à l’eau.
Nous proposons ici la synthèse d’un film biodégradable à base d’amidon de maïs et de glycérol.
Le glycérol est un liquide visqueux utilisé comme hydratant dans les préparations pharmaceutiques (sirop,
suppositoires) et certains cosmétiques (dentifrices, crèmes hydratantes, savons). C’est une molécule possédant
trois groupements alcool sur les trois carbones composant son squelette. Sa formule brute est : C3H8O3.C’est
aussi un composé de base pour la synthèse de la nitroglycérine explosif et de la cellophane.
Q9 : Trouver la formule développée du glycérol.
Cette molécule peut se fixer entre deux chaînes d’amylose pour diminuer les interactions interchaînes et ainsi
renforcer sa solidité mécanique. Un film constitué ainsi est totalement biodégradable et non toxique (un
colorant alimentaire y sera ajouté).
II- première Synthèse du film plastique biodégradable
Sécurité :
Glycérol
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Acide chlorhydrique
Hydroxyde de sodium
Risques : Aucun danger.

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Toujours verser l’acide dans l’eau et non le contraire pour éviter les projections.
Q10 : Quelles sont les précautions à prendre avant de commencer à manipuler ? ………………………………..
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Protocole expérimental :
 Introduire dans un bécher de 100 mL:
- 2,5 g de fécule de maïs
- 2 mL de glycérol (glycérine)
- 1 à 2 gouttes de colorant alimentaire
- 3 mL d’acide chlorhydrique à 0,1 mol/L
- 25 mL d’eau distillée.
Q11 : Avec quelle verrerie prélevez-vous les différents réactifs ? ……………....………………………………..
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 Chauffer la solution au bain marie (bécher d’eau sur plaque chauffante réglée à 150 °C) pendant 8 minutes,
de façon à ce que la solution ne soit jamais à l’ébullition. Agiter régulièrement à l’aide d’un agitateur en verre.
 Au bout de 8 minutes, ajouter 1 mL de la solution d’hydroxyde de sodium à 0,1 mol/L. Poursuivre le
chauffage et l’agitation 8 minutes.
 Rajouter enfin 2mL de solution d’hydroxyde de sodium à 0,1 mol/L pour diminuer la viscosité du mélange.
 La solution visqueuse et colorée obtenue est alors versée sur une plaque de verre ou sur une feuille de papier
sulfurisé. Celle-ci doit être étalée, mais pas trop… Vous pouvez huiler support, travailler à même la plaque en
verre, mettre de la farine….le tout sera d’arriver à décoller le film plastique une fois ce dernier séché !!
 Laisser sécher à l’air libre ou finir le séchage au sèche-cheveux (il devra être placé à une dizaine de cm du
film) ou au four puis décoller le film délicatement afin de le retourner pour le sécher complètement.
III- deuxième Synthèse du film plastique biodégradable
Choisissez un support et un moyen de séchage qui soit différent pour chaque binôme. Le but est d’établir le
protocole le plus efficace pour fabriquer du bioplastique.
Support : ……………………………………..
Séchage : ………………………………………….
Fabriquer au moins 5 morceaux de bioplastiques chacun, aussi semblables que possible. Dans les deux derniers,
ajouter des constituants biodégradables de votre choix grâce auxquels vous pensez améliorer la résistance de
votre plastique. Vous aurez à soumettre vos échantillons à différents tests mécaniques et de dégradation la
semaine suivante.
V- tests mécaniques et de dégradation de votre bioplastique
a- Tests mécaniques
 Il existe un grand nombre d'essais mécaniques utilisés pour caractériser les matières plastiques comme : la résistance à
la traction (déformation réversible : la matière reprenant sa forme initiale), à la compression, l’allongement à la rupture et
l’imperméabilité.
Q21 : Proposer une expérience permettant de mesurer une de ces caractéristiques
b- Biodégradation
Quelques définitions :
Biodégradation : dégradation en composés de faible poids moléculaire (CO2, H2O) par la combinaison de
stimuli biologiques (action de microorganismes tels que les bactéries, champignons, algues) et
chimiques/physique (lumière/eau/oxygène/chaleur) dans l’environnement, sans laisser de résidus persistants et
toxiques. La température et l’humidité sont des paramètres très importants dans le processus de biodégradation.
La biodégradation se compose de deux phases. La phase 1 consiste en une fragmentation (déterioration
physico-chimique ou biologique) en de nombreuses entités beaucoup plus petites. Durant la deuxième phase,
ces petits fragments sont bioassimilés (« digérés ») par les microorganismes.
Estimation de la biodégradabilité d’un plastique en laboratoire via plusieurs techniques, comme la mesure des
taux de CO2 émis par un compost contenant le plastique ou encore l’observation de la croissance bactérienne
sur des échantillons de plastique. Ces mesures, couplées à des études d’écotoxicité, permettent d’établir si un
plastique est réellement biodégradable et compostable (existence de normes) et de lui accorder un logo
permettant de le reconnaître aisément.
Q22 : Faire des recherches internet et proposez des expériences permettant de tester la biodégradabilité de votre
plastique. Vous disposez de plastique oxo-biodégradable, non biodégradable et biofragmentable. Décrire les
manipulations réalisées puis dans quelques mois, conclure…
Evaluation du travail sur les bioplastiques
Qualité du travail écrit
Qualité des manipulations
Motivation
Autonomie
A
A
A
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B
B
B
B
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C
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