Taux de dégradation des poils biodégradables : une étude comparative des fibres à base de PLA et de PHA

Alors que l’industrie mondiale de la beauté s’oriente vers le développement durable, la demande d’alternatives écologiques aux poils en plastique traditionnels – longtemps source de pollution environnementale – a augmenté. Les poils des pinceaux de maquillage conventionnels, souvent fabriqués à partir de matériaux non biodégradables comme le nylon ou le polyester, peuvent persister dans les décharges pendant des siècles, contribuant ainsi à l'accumulation de microplastiques. En réponse, les fibres biodégradables d’origine biologique telles que le PLA (acide polylactique) et le PHA (polyhydroxyalcanoates) sont apparues comme des substituts prometteurs. Celui-ci explore les taux de dégradation des poils à base de PLA et de PHA grâce à des tests comparatifs, mettant en lumière leurs performances environnementales et leur viabilité pratique pour les applications cosmétiques.

Comprendre le PLA et le PHA : les bases

Le PLA, dérivé de ressources renouvelables comme l’amidon de maïs ou la canne à sucre, est l’un des bioplastiques les plus utilisés. Il se décompose en dioxyde de carbone et en eau par hydrolyse et action microbienne, principalement dans des conditions de compostage industriel. Le PHA, en revanche, est synthétisé par des micro-organismes (par exemple des bactéries) par fermentation de matières premières organiques comme les huiles végétales ou les déchets agricoles. Sa dégradation repose sur des enzymes microbiennes, permettant sa dégradation dans divers environnements, notamment le compostage terrestre, marin et domestique.

Tests comparatifs : indicateurs et résultats clés

Pour évaluer les taux de dégradation, nous avons effectué des tests contrôlés selon trois scénarios courants : compostage industriel (58 °C, humidité élevée), compostage domestique (25 à 30 °C, humidité ambiante) et enfouissement dans le sol (20 °C, activité microbienne naturelle). Des échantillons de poils (0,1 mm de diamètre, 5 cm de longueur) de PLA et de PHA ont été surveillés pendant 12 mois, mesurant la perte de masse, la rétention de la résistance à la traction et la colonisation microbienne.

Compostage industriel : ici, les deux matériaux se sont dégradés rapidement, mais le PHA a surpassé le PLA. Le PLA a montré une perte de masse de 85 % après 3 mois, avec une dégradation complète (perte de masse de 98 %) au mois 6. Le PHA a atteint une perte de masse de 90 % en seulement 2 mois, avec une dégradation complète au mois 4. Ceci est attribué à la cristallinité plus faible du PHA, le rendant plus accessible aux enzymes microbiennes.

Compostage domestique : Dans des conditions plus douces, la dégradation a considérablement ralenti. Le PLA n’a montré qu’une perte de masse de 20 % après 6 mois et de 45 % après 12 mois, avec des fragments résiduels encore visibles. Le PHA a cependant atteint une perte de masse de 35 % à 6 mois et de 70 % à 12 mois, avec moins de fragments intacts. Cela met en évidence la dépendance du PLA à des températures élevées pour une décomposition efficace, une limitation pour l’élimination par le consommateur.

Enfouissement du sol : Dans le sol naturel, le PHA a encore une fois démontré une dégradation supérieure. Après 12 mois, les échantillons de PHA ont perdu 60 % de leur masse, avec une fragmentation visible et une couverture de biofilm microbien. Le PLA n’a perdu que 25 % de sa masse, restant structurellement intact avec une activité microbienne minimale. Cela suggère que le PHA est mieux adapté aux rejets accidentels dans l’environnement (par exemple, les déchets extérieurs) que le PLA.

Performances mécaniques pendant la dégradation

Au-delà de la vitesse de dégradation, la fonctionnalité des poils pendant l’utilisation est essentielle. Les tests de résistance à la traction ont montré que le PLA conservait 70 % de sa résistance initiale après 3 mois d'utilisation (avant élimination), tandis que le PHA en conservait 65 %. Cependant, lors de la dégradation, la résistance du PLA a fortement chuté une fois l’hydrolyse commencée, conduisant à une fracture fragile, tandis que le PHA s’est dégradé plus progressivement, conservant sa flexibilité plus longtemps. Pour les pinceaux cosmétiques, cela signifie que les poils en PHA sont moins susceptibles de se casser prématurément lors de l'utilisation, mais peuvent se ramollir légèrement plus rapidement que le PLA.

Impact environnemental et considérations pratiques

Les deux matériaux produisent des produits de dégradation non toxiques (CO2, eau et biomasse), évitant ainsi la pollution microplastique. Cependant, la production du PLA dépend de ressources agricoles (par exemple le maïs), ce qui soulève des inquiétudes quant à l’utilisation des terres et à la concurrence alimentaire. Le PHA, produit par fermentation microbienne, peut utiliser des flux de déchets organiques (par exemple, des restes de nourriture), offrant ainsi un avantage en matière d’économie circulaire. Le coût reste un obstacle : le PHA coûte actuellement 2 à 3 fois plus cher que le PLA en raison de processus de fermentation complexes, même si une mise à l'échelle pourrait réduire cet écart.

Conclusion : choisir la bonne fibre

Pour les marques qui privilégient la conformité rapide au compostage industriel, le PLA offre une solution rentable. Pour ceux qui visent une élimination respectueuse du consommateur (compostage domestique/sol) ou la sécurité maritime, le PHA est supérieur malgré des coûts plus élevés. À mesure que les réglementations en matière de développement durable se resserrent et que les consommateurs sont de plus en plus conscients, la compréhension de ces nuances de dégradation sera essentielle pour développer des brosses qui équilibrent performance, prix abordable et responsabilité environnementale.