A-I.5.5. Dégradation biologique (ou
biodégradation) de poly(acide lactique)
Il existe dans la nature des microorganismes
(bactéries, levures, champignons, etc.) qui sont responsables de la
dégradation microbiologique des polymères par la
sécrétion d'enzymes ou des produits chimiques (à savoir
acides ou peroxydes). Il y a aussi des microorganismes qui provoquent la
digestion des polymères en causant par la suite un vieillissement
mécanique, chimique ou enzymatique de ces polymères (C.
Bastoli, 2005).
La dégradation de poly(acide lactique) s'effectue dans
un milieu humide et sous des températures élevées. La
dégradation environnementale de PLA s'effectue selon un processus de
deux étapes. D'abord, une hydrolyse lente des chaînes de PLA de
masse moléculaire élevée qui donne naissance à des
oligomères de masse moléculaire plus faible. Ce processus peut
être influencé par certains facteurs à savoir, des acides
ou bases, l'humidité et la
Poly(acide lactique)
température. À la fin de cette première
phase, un changement significatif dans la structure de polymère est
signalé. Ensuite, dans la seconde phase, des microorganismes
interviennent pour poursuivre le processus de dégradation par la
transformation des oligomères de faible masse moléculaire en
dioxyde de carbone (CO2) et l'eau (en présence d'oxygène) ou
méthane (en absence d'oxygène) (J.-F. Zhang,
2005). La figure 15 suivante explique le mécanisme de
biodégradation de PLA :
Biodégradation
M icroorganismes
Enzymes
Oligomères d'acide
lactique Dégradation chimique
Figure 15. Mécanisme de
dégradation de poly(acide lactique) (J.-F. Zhang,
2005).
A-I.5.5.1. Dégradation microbienne de poly(acide
lactique)
Ohkita et Lee, 2006 (T. Ohkhika, 2006), ont
démontré que la dégradation de PLA dans le sol est lente,
en effet, l'enterrement des feuilles de PLA dans le sol pendant 6 semaines n'a
donné aucun signe de dégradation. Le poly(acide lactique) peut
être aussi dégradé dans un compost où il est
hydrolysé en petites molécules (oligomères, dimères
et monomères) à une température variant de 50 à 60
°C pendant 45 à 60 jours. Ces petites molécules sont ensuite
dégradées en CO2 et H2O par des microorganismes demeurant dans le
compost (Y. Tokiwa, 2006).
La dégradation microbienne de poly(acide lactique) a
été réalisée pour la première fois par
Pranamuda et al. (H. Paranamuda, 1997) en utilisant une souche
appelée actinomycete Amycolatopsis isolée à
partir de sol. L'étude de la dégradation de L-PLA au moyen de
cette souche a montrée que pendant 14 jours de culture, 60% de la masse
de polymère était dégradé. Cependant, la souche
Amycolatopsis n'a pas pu métaboliser les produits de
dégradation de PLA. Un autre type de microorganismes,
Amycolatopsis K104-1, a été isolé à partir
de sol. Cette variété de microorganismes pouvait dégrader
plus de 90 % de L-PLA après 8 jours. En plus de la variété
Amycolatopsis, de divers actinomycetes : Lentzea,
Kibdelosporangium, Streptoalloteichus, et
Saccharothrix sont aussi capable de dégrader le LPLA
(Y. Tokiwa, 2006).
La dégradation microbienne de L-PLA à haute
température (= Tg (L-PLA) = 55°C) peut être
obtenue à T = 60 °C en utilisant des microorganismes thermophiles
(Brevibacillus sp). Le Bacillus smithii peut dégrader
35,6 % de la masse de L-PLA à 60 °C pendant 3 jours.
Il a été montré que la présence de
substances naturelles telle que la gélatine dans le milieu de culture
provoque une activité de dégradation élevée de
L-PLA en présence de plusieurs microorganismes. En effet, l'addition de
gélatine dans le milieu de culture de T. album a amélioré
l'activité de dégradation de L-PLA de 76 % par l'intervention de
ce champignon. Les microorganismes, Lentzea waywayandensis et
Kibdelosporangium, sont capables de dégrader plus de 95 % de la
masse des films de PLA de haut poids moléculaire dans un milieu basique
contenant 0,1 % de gélatine pendant 14 jours (Y. Tokiwa,
2006).
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