Caractérisation de la nanocellulose bactérienne cultivée sur des monomères de polyéthylène téréphtalate (PET) par spectroscopie Raman et infrarouge à transformée de Fourier

Transformer les déchets plastiques en fibres utiles

Les bouteilles en plastique et les contenants alimentaires en PET sont omniprésents, et de minuscules fragments de ce plastique se retrouvent désormais dans les océans, les sols et même dans notre corps. Cette étude explore une voie créative pour s’attaquer à ce problème : utiliser des bactéries pour convertir les blocs de base du PET en fibres de cellulose ultra-fines et biodégradables. Ces fibres, appelées nanocellulose bactérienne, peuvent former des membranes résistantes et flexibles susceptibles, un jour, de remplacer certains produits plastiques dans l’emballage, la médecine et d’autres usages quotidiens.

Des plantes aux petites usines bactériennes

La cellulose est le principal matériau structural des plantes et est déjà utilisée dans le papier, les textiles et de nombreux produits industriels. Mais son exploitation repose généralement sur l’abattage d’arbres ou la culture de grandes monocultures. Certaines bactéries, dont une espèce appelée Komagataeibacter sucrofermentans, peuvent à la place produire de la cellulose directement à partir de sucres lors de la fermentation, en tissant un réseau de nanofibres plus fines que cent nanomètres. Cette nanocellulose bactérienne présente des qualités intéressantes : elle est pure (sans gommes végétales ni lignine), absorbe bien l’eau et peut être moulée en membranes lisses adaptées à l’emballage alimentaire ou aux pansements.

Nourrir les bactéries avec des blocs du plastique

Les chercheurs se sont demandé si ces bactéries pouvaient utiliser les monomères du PET—l’éthylène glycol (EG) et le téréphtalate de disodium (TPA)—au lieu de se contenter du sucre conventionnel (glucose). Ils ont cultivé K. sucrofermentans dans trois milieux identiques à l’exception de la source de carbone : l’un contenant du glucose, l’un de l’EG et l’un du TPA. Après trois semaines, ils ont collecté et séché les pellicules de cellulose flottant à la surface et les ont pesées. De manière surprenante, le rendement le plus élevé provenait de l’EG, qui produisit plus de nanocellulose par litre que le glucose, tandis que le TPA donna un rendement plus faible. Cela montre qu’une partie au moins du carbone provenant des monomères du PET peut être réorientée vers un matériau biodégradable utile.

Aspect des fibres et degré d’ordre

Pour caractériser le matériau formé, l’équipe a examiné les membranes au microscope électronique à balayage. Les bactéries alimentées au glucose produisirent un tapis dense et homogène de fines fibres avec des pores réguliers—un signe de croissance bien organisée. L’EG et le TPA conduisirent à des réseaux plus lâches et irréguliers, le TPA donnant la structure la plus ouverte et inégale, davantage comparable à un composite qu’à un film pur et uniforme. Des mesures par diffraction des rayons X ont confirmé cette impression visuelle : les fibres de cellulose issues du glucose montraient une cristallinité élevée (empilement serré) généralement associée à une cellulose forte et bien ordonnée, tandis que les fibres dérivées de l’EG étaient quelque peu moins ordonnées et celles issues du TPA beaucoup plus désordonnées.

Écouter les molécules avec la lumière

Les scientifiques ont ensuite utilisé deux techniques optiques—la spectroscopie Raman et infrarouge—pour « écouter » les vibrations des molécules présentes dans les membranes. Ces méthodes fonctionnent comme des empreintes digitales, révélant les liaisons présentes et le degré d’organisation des chaînes. Les trois échantillons ont affiché les signaux caractéristiques de la cellulose, prouvant que les bactéries ont bien synthétisé le polymère attendu à partir de chaque source de carbone. Mais des différences importantes sont apparues : les échantillons issus d’EG et de TPA présentaient des signatures plus marquées de régions amorphes et désordonnées, tandis que la nanocellulose à base de glucose montrait des signes plus nets de zones cristallines ordonnées. Dans le matériau nourri au TPA, des bandes spectrales supplémentaires correspondaient à des groupes téréphtalates, ce qui signifie que certains fragments liés au PET restaient piégés dans la membrane et n’avaient pas été entièrement transformés.

Ce que cela implique pour des matériaux plus propres

Concrètement, l’étude montre que certaines bactéries peuvent « manger » des éléments des monomères du PET et les remodeler en feuilles de cellulose, bien que la qualité de ces feuilles dépende fortement de la matière première. Le glucose donne encore les fibres les plus pures et les plus ordonnées, mais l’EG peut en particulier augmenter la quantité de matériau produit, et le TPA peut être partiellement transformé tout en s’incorporant dans un film riche en cellulose. L’approche ne fait pas encore disparaître complètement le PET—certains fragments de type plastique subsistent et devraient être éliminés—mais elle ouvre une voie prometteuse vers la « bio-revalorisation », où des plastiques persistants sont convertis en matériaux plus inoffensifs. Avec une optimisation supplémentaire des procédés et des étapes de purification, la nanocellulose bactérienne cultivée sur des monomères de PET pourrait intégrer un système circulaire qui à la fois gère les déchets plastiques et fournit des membranes durables et performantes.

Citation: Eriksson, R., Mariam, I., Ramser, K. et al. Characterization of bacterial nanocellulose cultivated on polyethylene terephthalate (PET) monomers via raman and fourier transform infrared spectroscopy. Sci Rep 16, 13133 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46886-z

Mots-clés: nanocellulose bactérienne, revalorisation du PET, pollution plastique, matériaux biodégradables, analyse Raman et FTIR