Films biocomposites à base de polyhydroxybutyrate et de caoutchouc usé carbonisé

Transformer les vieux pneus en nouveaux matériaux

Chaque année, des montagnes de pneus usés s'accumulent, résistantes à la décomposition et constituant un fardeau durable pour les décharges et l'environnement. Parallèlement, la société recherche des plastiques plus verts qui puissent se dégrader naturellement au lieu de persister pendant des siècles. Cette étude réunit ces deux défis autour d'une question simple : les résidus riches en carbone des vieux pneus peuvent-ils être mélangés à un plastique biodégradable pour créer de nouveaux matériaux utiles ? En combinant les déchets de pneus recyclés avec un plastique d'origine végétale appelé PHB, les chercheurs explorent une voie pour transformer un problème d'élimination en une ressource précieuse pour des produits durables.

Du déchet de pneu au carbone utile

Les chercheurs partent de caoutchouc usagé provenant de pneus et le soumettent à un traitement à haute température, un procédé appelé pyrolyse, qui laisse un solide riche en carbone. Ce matériau, nommé caoutchouc usé carbonisé (CWR), se comporte un peu comme du charbon de bois finement divisé. Plutôt que de laisser cette substance inutilisée, l'équipe l'incorpore en très faibles proportions — entre 0,5 % et 2 % en poids — dans le PHB, un plastique biodégradable produit par certaines bactéries. Par une méthode de coulée en solution, ils dissolvent le PHB, y dispersent les particules de carbone, puis évaporent le solvant pour former de fins films composites flexibles ressemblant à du film plastique, mais avec un aspect tacheté sombre dû au carbone incorporé.

Test de la résistance à la chaleur et de la stabilité

Pour savoir comment ces nouveaux films se comportent sous l'effet de la chaleur, l'équipe mesure l'évolution de leur masse et de leur absorption d'énergie lorsque la température augmente. Ils observent que tous les échantillons se décomposent en trois étapes principales lors du chauffage. La portion principale du plastique se décompose autour de 290 degrés Celsius, caractéristique du PHB lui-même, tandis que le carbone provenant des pneus se dégrade à des températures légèrement supérieures. Il est important de noter que l'ajout de carbone n'entraîne pas de décalage significatif des températures de fusion ou de début de dégradation du plastique, ce qui signifie que la fenêtre de traitement du PHB est préservée. En revanche, la quantité de résidu non combustible, ou cendre, augmente nettement avec la teneur en caoutchouc carbonisé, indiquant que le matériau issu des pneus reste comme une ossature stable lorsque le plastique brûle.

Apporter de la conductivité sans changer la chimie

L'équipe évalue aussi la conductivité électrique des films, caractéristique importante pour des applications telles que les emballages antistatiques ou des composants électroniques simples. Le PHB pur se comporte presque comme un isolant électrique, mais lorsque le carbone issu des pneus est ajouté, sa conductivité monte dans la gamme typique des matériaux semi-conducteurs. La meilleure performance apparaît autour de 1 % de caoutchouc carbonisé, où les particules sont suffisamment bien dispersées pour former des chemins continus pour les charges électriques. À des teneurs plus élevées, les particules commencent à s'agglomérer, perturbant ces chemins et faisant légèrement baisser la conductivité. Parallèlement, l'analyse chimique par infrarouge montre seulement de faibles décalages des signaux caractéristiques du PHB, ce qui suggère que le carbone dérivé du caoutchouc est incorporé dans le polymère sans réagir fortement avec lui.

À l'intérieur du film : pores et particules bien mélangées

Les images au microscope des sections transversales des films révèlent un paysage interne poreux, façonné par la façon dont les films sont coulés à partir de solution. À mesure que le solvant s'évapore lentement, de minuscules vides se forment dans tout le matériau. Dans cette structure en forme d'éponge, les particules de caoutchouc carbonisé semblent être réparties de façon assez homogène, indiquant un bon mélange entre le plastique et le charge recyclée. Cette structure poreuse peut influencer le comportement mécanique et thermique du matériau, mais, dans ce cas, elle montre aussi qu'une méthode de fabrication simple et peu énergivore peut produire des films relativement uniformes et fonctionnels à partir d'un mélange de plastique biodégradable et de carbone issu de pneus.

Ce que cela signifie pour des produits plus verts

Concrètement, ce travail montre qu'un déchet tenace — les vieux pneus — peut être transformé en un ingrédient utile pour des plastiques plus durables. En incorporant de très faibles quantités de caoutchouc de pneu carbonisé, les chercheurs conservent le comportement de base d'un plastique biodégradable tout en améliorant sa conductivité électrique et en laissant ses points de fusion et de dégradation globalement inchangés. Le résultat est une nouvelle classe de films minces susceptibles d'être utilisés dans les emballages et d'autres produits où sont recherchés à la fois respect de l'environnement et fonctionnalité accrue. Plutôt que de s'entasser en décharge, les pneus usés pourraient trouver une seconde vie au sein de matériaux plus intelligents et plus durables.

Citation: Şen, F., Zor, M., Candan, Z. et al. Polyhydroxybutyrate / carbonized waste rubber biocomposite films. Sci Rep 16, 9703 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45256-z

Mots-clés: plastiques biodégradables, recyclage des pneus usagés, biocomposites, matériaux durables, films électriquement conducteurs