Impact des algues sur le comportement en traction, thermique et viscoélastique des composites à base de polybutylène adipate téréphtalate

Transformer les algues en matériaux du quotidien

Le plastique est omniprésent dans la vie moderne, mais la plupart d’entre eux persistent dans l’environnement pendant des décennies. Cette étude explore une aide inattendue venue de l’océan — une algue rouge — pour améliorer un plastique biodégradable et nous rapprocher d’emballages et de produits jetables plus verts. En mélangeant de la poudre d’algue avec un plastique compostable courant, les chercheurs ont testé si l’on pouvait ajuster la résistance, la rigidité et la résistance à la chaleur d’une manière adaptée à des usages réels comme l’emballage alimentaire ou des articles pharmaceutiques.

Des plantes marines aux granulés plastiques

Les chercheurs se sont concentrés sur un plastique biodégradable flexible appelé PBAT, déjà utilisé industriellement mais limité par une résistance et une tenue à la chaleur modestes. Ils l’ont combiné avec des particules finement broyées de l’algue rouge Kappaphycus alvarezii, une espèce largement cultivée, surtout connue comme source du gélifiant carraghénane dans l’alimentation. Après lavage, séchage et broyage de l’algue en une poudre de l’ordre du diamètre d’un cheveu humain, ils l’ont incorporée dans du PBAT en fusion à différents dosages : 10, 20, 30 et 40 % en masse. Le mélange a ensuite été transformé en granulés puis comprimé en feuilles plates et éprouvettes normalisées, formant une série de composites algue–plastique.

Comment le nouveau matériau supporte la charge

Pour évaluer l’effet de ce chargeur d’origine marine sur le comportement mécanique, l’équipe a soumis les échantillons à un essai de traction. À mesure que la teneur en algue augmentait, la résistance à la traction — la force d’arrachement avant rupture — diminuait, la teneur la plus élevée perdant environ la moitié de la résistance du PBAT pur. Cela provient probablement de micro-espaces et de points faibles où les particules rigides d’algue interrompent le réseau plastique continu. Parallèlement, le matériau devenait nettement plus rigide : le module de traction, mesure de la résistance à l’étirement, a fortement augmenté et a plus que triplé à 40 % d’algue. Autrement dit, le composite a évolué d’un plastique souple et extensible vers un matériau plus ferme et comparable à une planche lorsque la charge en algue augmentait.

Comment il réagit à la chaleur et au mouvement

Au-delà des simples tests de traction, l’équipe a étudié le comportement des composites sous de petites déformations répétées et à l’augmentation de la température — des conditions plus proches de l’usage réel. L’analyse mécanique dynamique a montré que l’ajout d’algue augmentait généralement le module de stockage, indiquant une plus grande rigidité sur une large plage de températures, particulièrement autour de 20 % de charge où la rigidité à haute température ressortait nettement. La réponse visqueuse et la dissipation d’énergie (suivies par le module de perte et le facteur d’amortissement tan delta) ont également changé : les particules d’algue ont limité la mobilité des chaînes de PBAT, réduisant le pic d’amortissement sans toutefois modifier sensiblement la température de transition vitreuse. L’analyse thermique a apporté des précisions supplémentaires. Les mesures thermogravimétriques ont révélé que le PBAT pur se décompose en une seule étape à haute température, tandis que les composites se dégradent en deux phases — d’abord l’algue, puis le plastique. La stabilité thermique globale des mélanges est modérée, située entre celles des ingrédients individuels, mais les résidus à haute température augmentent avec la teneur en algue en raison d’un char riche en minéraux.

Ce que révèlent les microscopes

Des images microscopiques des surfaces fracturées ont permis de relier la performance à la structure. Le PBAT pur montrait une face lisse et homogène. Une fois l’algue ajoutée, les images ont révélé un nombre croissant de particules incorporées et des vides visibles à mesure que la charge augmentait. À faibles teneurs, les particules étaient assez bien dispersées, mais à des niveaux plus élevés des agglomérats et des défauts apparaissaient, fournissant des voies faciles pour l’amorçage et la propagation des fissures — ce qui concorde avec la baisse de résistance. En revanche, la simple présence de ces inclusions rigides explique pourquoi le module et la rigidité à haute température ont augmenté : les particules agissent comme de petits cailloux renforçants dans un mortier souple, résistant au pliage même si elles introduisent des points faibles sous des charges sévères.

Pourquoi c’est important pour des plastiques plus verts

Pour le lecteur général, le message clé est que les algues peuvent faire plus que d’épaissir des sauces ; elles peuvent contribuer à concevoir des plastiques biodégradables aux propriétés modulées. Dans ce travail, l’incorporation de poudre d’algue rouge dans le PBAT a produit des composites plus rigides et thermiquement ajustables, bien qu’un peu moins résistants que le plastique d’origine. De tels matériaux remplis d’algue pourraient convenir pour des emballages écologiques ou des articles jetables où la rigidité et la biodégradabilité sont plus importantes que la résistance maximale. Les résultats montrent aussi que les performances dépendent fortement de la quantité d’algue ajoutée et de sa dispersion, indiquant la voie à suivre pour des améliorations futures des procédés et des formulations. Dans l’ensemble, l’étude illustre une voie prometteuse pour valoriser la biomasse marine en matériaux pratiques et plus durables.

Citation: Hamdan, M.H., Sarmin, S.N., Karim, Z. et al. Impact of seaweeds on tensile, thermal and viscoelasticity behavior of polybutylene adipate terephthalate-based composites. Sci Rep 16, 7985 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38634-0

Mots-clés: plastiques biodégradables, composites à base d’algues, emballage écologique, matériaux PBAT, matériaux verts