De nouveaux textiles protéiques recyclables pourraient réduire la pollution par les microplastiques et diminuer les déchets textiles.
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L'industrie textile produit une part importante des déchets mondiaux, alors que seulement 12 % environ des fibres sont recyclées. Les textiles sont également responsables d'une grande partie des microplastiques présents dans les océans. À chaque lavage, les fibres synthétiques libèrent des microplastiques qui sont évacués par les canalisations et finissent par contaminer les milieux aquatiques. Accroître le recyclage des textiles à lui seul ne résoudra pas ce problème, car la plupart des fibres issues de la pétrochimie sont difficiles à recycler et continuent de libérer des microplastiques persistants tout au long de leur cycle de vie.
Des ingénieurs de l'Université Washington de Saint-Louis pourraient avoir trouvé une solution, grâce aux travaux de biologie synthétique menés dans le laboratoire de Fuzhong Zhang, professeur Francis F. Ahmann au département d'ingénierie énergétique, environnementale et chimique de l'école d'ingénierie McKelvey et codirecteur du Centre de recherche sur la fabrication de matériaux avancés par biologie synthétique (SMARC: Synthetic Biology Manufacturing of Advanced Materials Research Center).
Les résultats de ces travaux, publiés dans la revue Advanced Materials , ont permis de créer des matériaux à base de protéines, produits dans des bioréacteurs (comparables à d'immenses cuves de brassage) grâce à des micro-organismes génétiquement modifiés. Ces matériaux sont facilement recyclables après usage et peuvent être transformés en fibres identiques à plusieurs reprises. De plus, les microparticules éventuellement libérées lors du lavage sont biodégradables.
« Nous avons mis au point des fibres protéiques recyclables qui se dissolvent dans une solution d'acide formique en quelques secondes, tout en restant stables dans l'eau et résistantes après séchage », a déclaré Zhang.
L'acide formique est un solvant volatil et abordable, couramment utilisé dans l'industrie pour la conservation des aliments pour animaux, le traitement du cuir, la teinture textile traditionnelle, le nettoyage et bien d'autres procédés. Dans ce cas précis, le solvant rompt les liaisons protéiques qui lient les fibres entre elles, sans altérer la protéine elle-même. L'évaporation du solvant laisse ensuite les protéines brutes, qui peuvent être régénérées et redonner aux fibres leurs propriétés et leur résistance d'origine.
L'industrie du recyclage s'efforce depuis longtemps de rendre la réutilisation du plastique plus pratique et rentable. Si le plastique peut être fondu et remodelé, les plastiques recyclés sont souvent plus fragiles, notamment lorsqu'ils contiennent des additifs ou des contaminants. D'autres méthodes de recyclage consistent à rompre les liaisons chimiques des polymères puis à les reconstruire par resynthèse, mais cela peut considérablement augmenter les coûts et les émissions. En général, plus un matériau est résistant, plus il est difficile à recycler, car les liaisons qui lui confèrent sa résistance doivent souvent être rompues lors du recyclage.
Pour résoudre ce problème, l'équipe s'est inspirée de la nature. Elle a utilisé des séquences génétiques de protéines de pieds de moules , de soie d'araignée et d'amyloïdes (agrégats de protéines) et les a « assemblées » grâce à des techniques sophistiquées d'ingénierie des protéines, afin de pouvoir contrôler indépendamment la résistance et la recyclabilité du matériau obtenu.
Leur matériau à base de protéines, appelé SAM, est un hybride de soie, d'amyloïde et de protéine de moule. Les séquences protéiques adhésives issues des moules contribuent à contrôler la solubilité du matériau dans une solution d'acide formique. La soie d'araignée et les séquences de protéines amyloïdes assurent la formation d'interactions fortes qui permettent de « reconnecter » les chaînes polymères après recyclage.
« Nous ajustons les séquences des pieds de moules pour rendre les fibres SAM recyclables tout en les empêchant de rétrécir lorsqu'elles sont mouillées », a déclaré Zhang.
L'équipe a démontré l'efficacité de ce procédé en dissolvant et en reformant des fibres SAM à plusieurs reprises, obtenant ainsi des fibres d'une résistance élevée et constante. Les protéines brutes recyclées peuvent également servir à fabriquer des hydrogels adhésifs pour diverses applications, lesquels peuvent être à leur tour recyclés en fibres ou en hydrogels.
La mise en place d'un système de recyclage en boucle fermée contribue également à réduire le coût de ces matériaux. La bioproduction étant onéreuse, les chercheurs se limitaient souvent à cibler des applications de luxe. Mais grâce à un système circulaire de ressources, les coûts de la bioproduction diminuent considérablement.
« Le recyclage du produit final sur plusieurs cycles peut considérablement réduire les coûts de fabrication au fil du temps », a conclu Zhang.