Éliminer les microplastiques sur les terres agricoles

Jul 13, 2023

1 octobre 2021

par la Société Fraunhofer

Dans de nombreux pays, les agriculteurs et les jardiniers utilisent des films de paillis pour augmenter le rendement de leurs cultures. Les films sont souvent en polyéthylène et peuvent être utilisés pour contrôler la croissance des mauvaises herbes, la température du sol et la consommation d'eau. Malheureusement, le matériau à base de pétrole n'est pas biodégradable. Par conséquent, les résidus de films doivent être collectés à la fin de la saison avec des efforts considérables, sinon ils pollueront les champs. Dans le cadre du projet NewHyPe, des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates ISC travaillent avec des partenaires européens pour développer des papiers de paillis durables et biodégradables dotés d'un revêtement hybride protecteur.

Les déchets plastiques polluent non seulement les océans mais aussi les terres agricoles. Selon une étude de l'Université de Bayreuth, des particules de plastique, grandes et petites, peuvent être détectées dans les terres agricoles conventionnelles. Les films de paillis recouvrant le sol des plates-bandes ou des terres agricoles en agriculture et en jardinage contribuent à la pollution. Ils visent à prolonger les saisons de croissance et à réduire les mauvaises herbes, mais aussi à réduire l'évaporation et à améliorer le bilan hydrique du sol.

Les films en polyéthylène (PE) à base de pétrole doivent être collectés après la récolte. Cela laisse généralement des résidus. Par conséquent, les résidus de PE restent dans le sol pendant des décennies et s’y accumulent car les micro-organismes sont incapables de les décomposer. Les fragments de PE peuvent avoir un impact physique sur le sol et entrer dans la chaîne alimentaire. Même s'il existe déjà des films biodégradables à base d'acide polylactique, ils sont très coûteux. Une équipe de chercheurs du Fraunhofer ISC de Würzburg travaille avec des partenaires de recherche et industriels d'Allemagne, de Finlande et de Norvège sur le projet NewHyPe visant à développer des alternatives biodégradables et durables. Un substitut écologique aux grands films doit être peu coûteux et pouvoir être produit en masse.

Les partenaires du projet s'appuient sur du papier à base de cellulose pour développer des films durables. "L'un des avantages du papier est qu'il peut se décomposer très rapidement sans laisser de résidus. Mais ce processus est actuellement trop rapide. Le matériau ne dure pas toute une saison agricole. Lorsqu'il pleut plusieurs fois, le matériau se ramollit et la protection est n'est plus efficace", déclare le Dr Klaus Rose, chercheur au Fraunhofer ISC. Par conséquent, un revêtement fonctionnel est nécessaire pour stabiliser le papier et contrecarrer une dégradation rapide. Le revêtement hybride protecteur est en ORMOCER. La classe de matériaux de ces polymères hybrides inorganiques-organiques a été développée il y a plus de 30 ans au Fraunhofer ISC. "Le revêtement est composé de deux composants différents, un polymère organique et un silicate inorganique, qui ne sont généralement pas compatibles. Mais en combinaison, ils assurent une stabilité chimique et mécanique tout en maintenant la dégradabilité", explique le chercheur. Le matériau de remplacement devrait durer pendant une saison agricole d'environ trois à six mois et devrait ensuite se décomposer complètement. Les premiers tests ont démontré que le couchage du papier augmente sa ténacité à l'état humide, le rendant ainsi plus stable que son homologue non couché. De plus, un test de compostage a montré que le matériau enduit se décompose plus lentement.

Outre le revêtement fonctionnel stabilisant, les partenaires du projet travaillent sur un tout nouveau papier de paillis hybride composé à la fois de cellulose fonctionnalisée avec des ORMOCER incorporés et de nanocellulose fonctionnalisée, qui se caractérise par une stabilité inhérente élevée en raison de son rapport longueur/épaisseur très élevé. Il s'agit de lier des fibres de cellulose avec un liant polymère hybride, réticulant les fibres individuelles comme un adhésif. La densité du maillage affecte la stabilité. Ce système de liant fait effectivement office de revêtement. Par conséquent, le papier hybride ne nécessite aucun couchage supplémentaire. "Le papier doit être hydrophobisé, c'est-à-dire hydrofuge. De plus, il doit être plus résistant à la déchirure que le papier normal. La stabilité mécanique ainsi que la résistance aux UV sont des propriétés importantes. Il doit être enfoui après la récolte." explique le chimiste. L’optimum du composite est le véritable défi. Dès que celui-ci sera pleinement développé, l'industrie de l'emballage pourrait également bénéficier de ce nouveau matériau : "Le papier biodégradable au lieu des films plastiques constituerait une contribution significative à la protection de l'environnement", déclare Rose.