Plastique d'herbe

Presque tous les plastiques vendus aujourd'hui proviennent du pétrole et ne sont pas biodégradables. Mais les chercheurs de Metabolix à Cambridge, Massachusetts, modifient génétiquement le panic raide pour produire un polymère biodégradable qui peut être extrait directement de la plante.

Cela pourrait transformer l'économie de la fabrication de polymères biodégradables. Metabolix vend déjà un tel polymère, mais il est produit par des bactéries qui se nourrissent de sucres végétaux dans des fermenteurs coûteux. Un processus à base de plantes, qui pourrait utiliser des cultures cultivées sur des terres marginales, nécessiterait moins d'équipement.

Oliver Peoples a cofondé Metabolix avec le biologiste Anthony Sinskey.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2013

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Metabolix estime qu'il pourrait à terme vendre ses polymères végétaux à moins de la moitié des prix actuels. Alors que les produits finis d'aujourd'hui sont des articles de niche comme les sacs à provisions en plastique biodégradable, des types de produits et d'emballages plus largement utilisés pourraient alors devenir économiques.

La vision des plantes aux plastiques a saisi le directeur scientifique de Metabolix, Oliver Peoples, un ancien chercheur du MIT, pendant plus de 20 ans depuis que lui et son collègue Anthony Sinskey, professeur de biologie au MIT, ont découvert des gènes métaboliques qui permettent aux bactéries présentes dans le sol de produisent naturellement un polymère connu sous le nom de PHA. Mais après avoir fondé Metabolix, il a fallu une décennie pour optimiser les systèmes métaboliques des bactéries afin de produire des quantités utiles de PHA. Le faire dans les plantes est encore plus difficile. Il est beaucoup plus complexe et chronophage de concevoir une espèce complexe et à croissance lente comme le panic raide par rapport à une bactérie très simple, dit Peoples.

Maintenant, les scientifiques des plantes de Metabolix travaillent à nouveau sur l'insertion de ces gènes, ainsi que d'autres qui régulent la croissance, dans des plantes telles que le panic raide, la caméline et la canne à sucre. Dans le panic raide, ils incitent la plante à produire et à stocker dans ses tissus un type spécifique de PHA, connu sous le nom de PHB, qui peut être utilisé pour fabriquer des produits moulés par injection tels que des boîtiers électroniques. La société travaille également sur des étapes de production chimique, notamment l'extraction du PHB à l'aide de solvants, et une méthode thermique de conversion du PHB en un produit chimique appelé acide crotonique, qui peut être utilisé comme matière première pour les polymères. Une fois le PHB extrait ou l'acide crotonique produit, les restes de l'herbe pourraient être brûlés en tant que source d'énergie de biomasse qui produit des émissions nettes de carbone inférieures à celles des combustibles fossiles.

À gauche : dans une boîte de Pétri, des cultures cellulaires dérivées des graines de panic raide sont exposées à une solution contenant des bactéries modifiées qui transfèrent de nouveaux gènes dans les cellules. Certains gènes, empruntés aux bactéries du sol, modifient le système métabolique de l'herbe pour produire un polymère appelé PHB.
À droite : La production de plastique commence avec les graines de panic raide.

À gauche : dans une boîte de Pétri, des cultures cellulaires dérivées des graines de panic raide sont exposées à une solution contenant des bactéries modifiées qui transfèrent de nouveaux gènes dans les cellules. Certains gènes, empruntés aux bactéries du sol, modifient le système métabolique de l'herbe pour produire un polymère appelé PHB.
À droite : La production de plastique commence avec les graines de panic raide.

À gauche À l'aide d'un milieu de croissance, les cellules survivantes se transforment en plantes dont les gènes modifiés leur permettent de produire du plastique.
A droite : Les cultures cellulaires sont placées sur un milieu contenant un herbicide ; les cellules qui n'ont pas réussi à incorporer les nouveaux gènes sont tuées. (Les cellules modifiées comprennent un gène qui leur permet de tolérer l'herbicide.)

À gauche À l'aide d'un milieu de croissance, les cellules survivantes se transforment en plantes dont les gènes modifiés leur permettent de produire du plastique.
A droite : Les cultures cellulaires sont placées sur un milieu contenant un herbicide ; les cellules qui n'ont pas réussi à incorporer les nouveaux gènes sont tuées. (Les cellules modifiées comprennent un gène qui leur permet de tolérer l'herbicide.)

À gauche : Après plusieurs semaines, les plantes sont transférées dans des boulettes de tourbe et plus tard transplantées dans une serre.
À droite : des mois plus tard, l'herbe coupée et séchée est prête pour les processus industriels d'extraction du PHB.

À gauche : Après plusieurs semaines, les plantes sont transférées dans des boulettes de tourbe et plus tard transplantées dans une serre.
À droite : des mois plus tard, l'herbe coupée et séchée est prête pour les processus industriels d'extraction du PHB.

Les boules de tourbe dans la serre de Metabolix sont conservées dans des sacs en plastique pour maintenir l'humidité. Les jeunes plants sont testés pour s'assurer qu'ils produisent du PHB. À l'arrière-plan, des graminées mûrissent.

À gauche : Dans une méthode prometteuse pour récupérer et utiliser le PHB, le panic raide haché est d'abord placé dans une chambre en acier inoxydable.
À droite : la chambre (à droite sur la photo) est ensuite chauffée à 300 °C, décomposant le PHB en un produit chimique appelé acide crotonique.

À gauche : Dans une méthode prometteuse pour récupérer et utiliser le PHB, le panic raide haché est d'abord placé dans une chambre en acier inoxydable.
À droite : la chambre (à droite sur la photo) est ensuite chauffée à 300 °C, décomposant le PHB en un produit chimique appelé acide crotonique.

Le gaz acide crotonique est capturé et refroidi dans un processus de condensation adjacent à la chambre de chauffage.

L'acide crotonique résultant, montré ici, est une matière première clé pour les plastiques et les produits chimiques.

Dans une méthode prometteuse pour récupérer et utiliser le PHB, le panic raide haché est d'abord placé dans une chambre en acier inoxydable.

À gauche : un processus différent et plus capitalistique pourrait extraire directement le PHB pour l'utiliser dans la fabrication de produits en plastique. Cette méthode commence par mettre l'herbe coupée dans un solvant, ce qui libère le PHB.
À droite : le liquide obtenu est réservé.

À gauche : un processus différent et plus capitalistique pourrait extraire directement le PHB pour l'utiliser dans la fabrication de produits en plastique. Cette méthode commence par mettre l'herbe coupée dans un solvant, ce qui libère le PHB.
À droite : le liquide obtenu est réservé.

À gauche : un autre solvant est versé.
À droite : Cela permet au PHB de précipiter hors de la solution.

À gauche : un autre solvant est versé.
À droite : Cela permet au PHB de précipiter hors de la solution.

Metabolix calcule que l'herbe doit produire 10 pour cent de son poids sous forme de PHB pour être économiquement compétitive avec d'autres sources de plastiques biodégradables. L'entreprise a déjà presque doublé la teneur en PHB du panic raide, passant de 1,2 pour cent en 2008 à 2,3 pour cent l'an dernier, dont 7 pour cent dans les feuilles. Le processus produirait toujours des émissions de carbone : la culture et la récolte des plantes nécessitent des engrais à base de combustibles fossiles et des machines alimentées par des combustibles fossiles. Mais Peoples prédit que ce serait globalement plus propre que de produire du plastique à partir de combustibles fossiles, bien qu'une analyse complète n'ait pas encore été effectuée. Pour l'instant, il est impatient de réaliser enfin sa vision des plantes au plastique. C'est un témoignage de pure et sanglante détermination, dit-il.

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