Une avancée vers des colles plus écologiques
Des chercheurs sud-coréens ont réussi à transformer un microbe inattendu en une source potentielle de colle écologique. En modifiant génétiquement Escherichia coli, ils ont mis au point une méthode pour convertir le glucose en polymères biodégradables. Cette nouvelle approche pourrait éventuellement permettre de remplacer certaines colles dérivées du pétrole par des alternatives plus vertueuses pour l’environnement.
Contexte et enjeux
Dans un article publié par l’Institut avancé de science et de technologie de Corée (KAIST) sur Phys.org, on apprend que l’équipe impliquée dans cette recherche était dirigée par le professeur Sang Yup Lee, éminent membre de la faculté en Ingénierie chimique et biomoléculaire. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Nature Communications.
Les applications de la colle à chaud sont multiples et concernent de nombreux secteurs, tels que l’emballage, les meubles, l’électronique, l’automobile et la construction. Ces colles, qui sont chauffées jusqu’à fusionner avant d’être appliquées puis durcissent en refroidissant, constituent une solution rapide pour les besoins industriels. Cependant, beaucoup des colles actuellement utilisées proviennent de plastiques issus du pétrole, comme l’éthylène-acétate de vinyle (EVA).
Une approche innovante
Pour développer une alternative durable, les scientifiques de KAIST ont utilisé le glucose comme matière première. Ils ont modifié le métabolisme de E. coli pour produire deux types de polymères PHA biodégradables : le poly(4HB-co-PhLA) et le poly(3HB-co-4HB-co-PhLA). Lors de tests de résistance sur des échantillons d’acier inoxydable, l’un des matériaux a atteint une résistance de 4,58 mégapascals, tandis qu’un adhésif EVA commercial n’a atteint que 4,20 MPa.
Propriétés et perspectives
Les colles peuvent sembler être un aspect négligé du problème des déchets plastiques. Même si un produit utilise des matériaux biodégradables, un adhésif qui ne se décompose pas peut compromettre la recyclabilité ou la biodégradabilité du produit final. Les matériaux PHA suscitent un vif intérêt en raison de leur capacité à être produits à partir de sources renouvelables, et leurs propriétés peuvent être modifiées en ajustant leur composition chimique.
Dans cette étude, les chercheurs ont associé le 4-hydroxybutyrate, qui apporte souplesse et adhésion, avec le phenyllactate, qui confère rigidité et résistance à la chaleur. Les résultats étaient particulièrement prometteurs dans les formulations contenant entre 24 % et 34 % de 4HB, et le matériau maintenait une grande partie de sa résistance après plusieurs cycles de fusion et de recollage, un critère essentiel pour les colles à chaud.
De plus, les résultats ont montré que le nouveau PHA aromatique pourrait être vulnérable à la décomposition enzymatique. Après traitement avec de la lipase, les polymères ont présenté des signes de dégradation, tels que des dommages de surface et une baisse de poids moléculaire, suggérant une voie potentielle pour réduire les résidus plastiques persistants et la pollution par les microplastiques.
Développements en cours
Pour synthétiser ces polymères, les chercheurs ont utilisé des techniques d’ingénierie métabolique en réajustant la chimie interne de la bactérie afin de produire les composés souhaités. Ils ont modifié l’expression des gènes, ajouté une transférase CoA pour soutenir les réactions essentielles et utilisé un modèle métabolique à l’échelle du génome pour identifier les goulets d’étranglement dans la production.
Ces ajustements ont permis à E. coli de générer des quantités significatives de ces nouveaux matériaux. Lors d’une fermentation en batch alimenté, l’équipe a réussi à produire 10,2 grammes par litre de poly(4HB-co-PhLA). En ajoutant une voie biosynthétique pour la production de 3HB, la production a grimpé jusqu’à 52,8 g/L de poly(3HB-co-4HB-co-PhLA).
Ce projet de recherche en est encore à ses débuts et n’est pas encore prêt à être commercialisé.
Le professeur Lee a déclaré que cette étude prouve qu’il est possible, grâce à l’ingénierie des métabolismes microbiaux, de dépasser la simple production de polymères et de créer directement des matériaux fonctionnels. À l’avenir, en utilisant divers monomères non naturels et des “usines cellulaires” microbiennes, cette approche pourrait être étendue à des technologies de biomanufacturation pour un large éventail de polymères fonctionnels, y compris des alternatives aux adhésifs dérivés du pétrole.
En savoir plus
Les articles suivants explorent également la démarche visant à remplacer les matériaux fossiles par des alternatives soit biologiquement produites, soit conçues pour se décomposer plus facilement :
- Des personnes réalisent chez elles des colles à base de cacahuètes pour remplacer des produits adhésifs jetables.
- Des scientifiques ont mis au point des plastiques produits par des bactéries, élargissant les possibilités d’utilisation de E. coli dans des matériaux durables.
- Un doctorant a découvert des bactéries capables de transformer des déchets alimentaires en matériaux biodégradables de nouvelle génération.
- Des chimistes ont trouvé un moyen de transformer la supercolle en alternatives plastiques recyclables peu coûteuses, sans recourir à des huiles polluantes.
FAQ
Quelles sont les implications de cette recherche sur l’environnement ?
Cette recherche pourrait réduire la dépendance aux plastiques pétroliers en produisant des colles biodégradables, limitant ainsi la pollution plastiques.
Comment ces nouveaux matériaux se comparent-ils à ceux d’origine pétrolière ?
Les propriétés mécaniques de ces nouvelles colles peuvent rivaliser avec celles des colles basées sur le pétrole, offrant à la fois une performance similaire et une durabilité environnementale.
Quand peut-on s’attendre à voir ces produits dans le commerce ?
Actuellement, ces recherches sont en phase expérimentale, et il n’y a pas d’échéance définitive pour leur commercialisation.
Les consommateurs peuvent-ils fabriquer ces colles à la maison ?
Bien que la technologie actuelle repose sur des méthodes de laboratoire avancées, des initiatives chez soi, comme la production de colles à partir de matériaux recyclés, sont déjà possibles et encouragées.
Quels sont les défis restants pour la commercialisation de ces colles ?
Les défis incluent l’optimisation des rendements de production, les coûts de mise en œuvre à l’échelle industrielle et la validation des performances par rapport aux standards du marché.
