Produits jetables et polymères superabsorbants (PSA)
Il n’est pas agréable de penser à l’émission des déchets de notre organisme, pourtant celle-ci constitue un problème pour toutes les personnes qui ont peu ou pas de contrôle sur leur perte ou leur élimination, c’est-à-dire, les bébés, les femmes en périodes de règles, les incontinents et peut-être même les voyageurs de l’espace. Grâce à un polymère plutôt remarquable, toutes ces personnes peuvent mener une vie plus confortable.
Une maman peut prendre beaucoup de plaisir à nourrir son bébé mais elle n’en éprouvera probablement presque pas à lui changer sa couche, et son papa non plus. En une journée, un bébé élimine 500 ml d’urine et environ 10 à 50 g de fèces. Chez les gens de la bonne société ou même chez les autres, on n’a pas tendance à discuter de ces choses-là.
Elles ne constituent pas non plus un sujet gui ait laissé des traces dans l’Histoire. Les chimistes ont finalement fait face à un sujet que de tout temps les écrivains avaient choisi d’ignorer et ils aboutirent à une solution que la. plupart des parents modernes utilisent : la couche jetable. Mais, comme nous le verrons, résoudre un proôéme en généré un autre que les chimistes s’attellent aussi à résoudre.
Les peuples primitifs qui vivaient dans des climats tempérés et froids devaient envelopper leurs bébés pour les maintenir au chaud, et ce faisant, ils se trouvaient confrontés à la gestion quelque peu aléatoire des urines et des fèces de leur progéniture. Ils glissaient toutes sortes de matériaux naturels pour absorber ces besoins indésirables. Les Inuits eurent probablement la tâche la plus difficile pour trouver les maté¬riaux adéquats à utiliser : ils capitonnaient des couches en peau de phoque avec de la mousse. Dans les régions moins lointaines, les mères mettaient de l’herbe ou du foin dans une peau douce telle que celle du lapin alors que dans les villes, elles utilisaient des couches en tissu ; cependant, celles-ci nécessitaient des lavages fréquents et devaient être changées dès que le bébé les souillait pour éviter un érythème fessier.
Avec la révolution industrielle, on vit apparaître de meilleurs matériaux et en particulier, des carrés de tissu éponge en coton bon marché qui faisaient de bonnes couches absorbantes. Élever un enfant consis¬tait essentiellement à nettoyer, laver et sécher ses couches. Les choses se sont un peu améliorées en 1940 avec l’apparition des culottes en plastique qui recouvraient les couches afin d’éviter les fuites et les doux papiers de soie que l’on pouvait mettre à l’intérieur de la couche de sorte qu’elle pouvait retenir les besoins solides et être jetée dans les toilettes.
Ces années ont également vu l’apparition des premières couches jetables constituées d’un amas épais de tissu de soie recouvert de plastique ; leur contenance était telle qu’elles ne pouvaient absorber qu’un seul écoulement d’urine. Elles ne furent pas populaires et ne connurent pas de succès commercial.
En 1961, la société américaine Procter & Gamble créa les Pampers qui contenaient des fibres de cellulose crêpée fabriquées à partir de pâte de bois et qui étaient beaucoup plus absorbantes. Cependant, elles étaient si volumineuses que les médecins se plaignirent du fait que cela obligeait le bébé à avoir les jambes trop écartées ; de plus, ils attirèrent l’attention des parents sur le fait que cela pouvait affecter le développe¬ment de ses os. En 1976, l’Américain Kimberley Clark créa les couches
en forme de sablier, Huggies, qui contraient cette critique (alors qu’aujourd’hui on pense que les couches volumineuses peuvent être bénéfiques car elles favorisent une croissance plus forte de l’articulation de la hanche).
La rétention d’un liquide est le problème central d’une protection absorbante. Les matériaux qui absorberont et retiendront l’eau pourront le faire grâce à l’attraction de l’eau pour les atomes chargés (ions) ou grâce à la possibilité de former une liaison faible avec l’eau, une liaison hydrogène. L’eau est toujours encline à former des liaisons hydrogène et elle est attirée par les nombreux atomes d’oxygène présents dans la cellulose ; cette dernière possède de nombreux atomes d’oxygène, chacun étant lié à un atome d’hydrogène, et pouvant aussi se lier avec l’eau par le biais de liaisons hydrogène. C’est pourquoi la cellulose absorbe l’eau si facilement et c’est aussi pour cette raison qu’on l’utilise sous forme de papier pour les mouchoirs, les rouleaux de papier hygiénique, les essuie-tout et sous forme de coton et de lin pour les nappes, les serviettes de table et les serviettes de toilette. Cela explique pourquoi on fabrique d’excellentes couches réutilisables en tissu- éponge ! Pour la même raison, on utilisait même la sciure, qui est majoritairement constituée de cellulose, comme matériau absorbant dans les anciennes protections pour incontinents.
L’eau se lie à la cellulose par l’intermédiaire de liaisons hydrogène faible ; celles-ci peuvent se rompre facilement ce qui libérera l’eau de nouveau. De ce fait, cette eau absorbée peut facilement être transférée à tout autre élément qui serait en contact avec le matériau cellulosique mouillé, par exemple, la peau. Si vous laissez un bébé assis pendant trop longtemps avec une couche traditionnelle mouillée et/ou souillée, il aura invariablement un érythème fessier, c’est-à-dire une peau rouge et écorchée, ce qui est vraiment douloureux. On peut remédier à cela en appliquant des huiles ou des lotions mais la guérison peut être lente car le bébé doit porter des couches qui seront encore mouillées et souillées.
De nos jours, les bébés ont rarement un érythème fessier et cela grâce aux couches jetables qui rendent le changement de couche rapide, facile et hygiénique. Pour la plupart des parents de bébés, le principal inconvénient est leur coût : avant que leur bébé ne soit propre, ils dépensent en moyenne 3 000 euros en couches jetables.
En 1980, un type de couches jetables radicalement nouveau vit le jour et révolutionna le marché. Un polymère superabsorbant (PSA) remplaçait cet amas épais de pâte fibreuse. Ainsi, plus fines et plus soignées, les couches possédaient une plus grande capacité d’absorption de l’humidité. Le PSA avait déjà fait ses preuves en révolutionnant le marché de l’hygiène féminine, remplaçant les serviettes hygiéniques par des protections invisibles. Puis les couches ont été dotées d’attaches en Velcro rendant ainsi l’opération de changement de couche beaucoup plus facile. Une couche pouvait faire face à plusieurs « agressions » d’urine et lorsque le bébé salissait sa couche, on la lui enlevait, on la roulait et on la jetait. Son sort final était soit l’incinération soit la décharge publique selon le système local de traitement des ordures. Avant de considérer ce problème avec plus d’attention, examinons la chimie que cache la couche elle-même.
Le PSA est un polymère remarquable qui peut se lier à d’énormes quantités d’eau, et ce, en gonflant. En effet, les 10 grammes d’acide polyacrylique qu’il contient peuvent retenir 50 fois leur poids en eau ou 30 fois leur poids s’ils sont placés sous une pression équivalente au poids d’un bébé assis dessus.
L’acide polyacrylique fut signalé pour la première fois, en 1938, dans le journal scientifique allemand Kunststoffe (c’est-à-dire, Matériaux synthétiques). Ce journal rapportait les travaux de recherche d’un chimiste, W. Kern, qui avait polymérisé une solution aqueuse d’acide acrylique et obtenu le polymère. Un polymère modifié peut être obtenu à partir de l’acide acrylique partiellement neutralisé de sorte qu’il existe dans la solution des groupements acides et des groupements acrylate de sodium : le produit est le polyacrylate, un polymère beaucoup plus utile. En conséquence, certains groupements liés à la chaîne carbonée sont des groupements du sel de l’acide. Ces derniers sont ioniques et augmentent fortement la capacité du polymère à absorber l’eau pour les raisons évoquées .
Dans le produit commercial, le polymère contient une petite quantité d’un agent de réticulation nécessaire pour rendre le polymère insoluble dans l’eau. (Plus il y a de liaisons réticulaires, plus le polymère devient insoluble ; mais plus il devient insoluble moins il devient apte à gonfler et donc moins il absorbe d’eau.)
Les premiers brevets pour les couches super absorbantes et les produits médicaux à base de PSA ont été déposés en 1968 mais ce n’est qu’au début des années 1980 que les premières couches jetables fabriquées au moyen du PSA furent commercialisées au Japon, où elles eurent un succès immédiat. En 1984, elles étaient en vente aux États- Unis, puis deux ans plus tard elles apparaissaient en Europe. Actuellement, elles sont vendues à travers le monde entier à tel point qu’elles consomment une partie importante des 3 millions de tonnes de PSA produits annuellement. (Les États-Unis fabriquent environ 20 milliards de couches jetables par an.) Les autres débouchés du PSA sont les articles pour adultes incontinents, un domaine en forte croissance, et les protections d’hygiène féminine.
De nombreuses sociétés chimiques fabriquent le PSA. Le plus gros fabriquant est BASF qui réalise un quart de la production mondiale ; la contribution de l’Amérique du Nord s’élève à 40 % et celle de l’Europe à 30 %. En général, son lieu de fabrication doit être situé près des usines de fabrication de l’acide acrylique car ce dernier est très réactif et a tendance à s’évaporer rapidement même lorsque l’on ajoute des inhi¬biteurs pour le conserver. De ce fait, il y a beaucoup d’usines de fabrication de PSA à travers le monde, la plus importante d’entre elles pouvant en fabriquer plus de 500 000 tonnes par an, mais la plupart ont une capacité de production à peu près égale au dixième de cette dernière.
Le polyacrylate a d’autres usages. Mélangé à du caoutchouc, il donne un matériau utilisable comme mastic qui empêche l’infiltration d’eau dans une structure. En absorbant l’eau, il gonfle et de ce fait, il repousse les polymères de caoutchouc les uns contre les autres, créant un masque d’étanchéité qui prévient une pénétration ultérieure. Cette technique est utilisée pour protéger les parois du Tunnel sous la Manche. Il existe également un ruban flexible de même composition que l’on peut enrouler autour d’une canalisation pour colmater une fuite.
On utilise des granulés de PSA pour combattre l’humidité dans des espaces confinés tels que les armoires et les placards où l’humidité peut générer des odeurs de moisi et dans la poubelle de la cuisine où les microbes peuvent proliférer. Lorsque le PSA est saturé, on peut le chauffer dans un four pour libérer l’eau absorbée et le réutiliser à nouveau. On en fait un usage très différent en horticulture. Une poignée de PSA mélangée au compost d’un pot dans lequel vous avez mis des graines ou des plants assure une plus grande rétention d’eau, ce qui leur permet de mieux se développer. Plusieurs produits commerciaux permettent d’assurer également un approvisionnement en eau irrégulier ou limité comme dans le cas de jardinières et de corbeilles suspendues. Ce sont des usages relativement mineurs du PSA, comparativement au marché des couches jetables.
Une couche jetable a quatre constituants :
1.La doublure en contact avec le corps qui est fabriquée à partir d’une toile en polypropylène douce au contact de la peau. Cette couche possède également deux rabats sur toute sa longueur qui agissent comme une barrière qui empêche l’urine de s’écouler vers l’extérieur.
2.La couche de trop-plein conçue pour disperser l’urine à partir de son point d’impact. Cette couche est constituée de cellulose ou d’un mélange de polymères.
3.La couche absorbante principale qui est constituée d’un mélange de PSA dispersé dans du duvet de cellulose, l’ensemble étant enveloppé dans du tissu.
4.Le revêtement extérieur fabriqué à partir de polypropylène étanche qui, au toucher, ressemble à du tissu. Cette couche comporte des anneaux élastiques de fixation et des élastiques autour des jambes qui empêchent l’excès d’urine de s’écouler sur les vêtements ou dans le lit. Cette couche extérieure peut être rendue perméable grâce à ses millions de trous minuscules qui permettent une circulation de l’air, réduisant l’humidité de l’atmosphère à l’intérieur de la couche, ce qui aide à garder la peau de bébé plus sèche.
Le principe à la base du fonctionnement du PSA est l’osmose : l’eau aura tendance à traverser une membrane de la solution la moins concentrée vers la solution la plus concentrée et l’osmose cesse lorsque les concentrations sont identiques de part et d’autre de la membrane.
L’eau se déplace vers le PSA dans le but de réduire la concentration en ions sodium et acrylate, et s’il s’agit d’eau pure, elle sera absorbée par le PSA. Le polymère peut absorber ainsi jusqu’à 3 000 fois son poids en eau jusqu’à devenir un gel incolore. Dans une couche, les choses se passent différemment car l’urine n’est pas de l’eau pure mais plutôt une solution saline à 1 %. Lorsque l’eau passe dans le PSA, l’urine elle- même devient plus concentrée jusqu’à atteindre un équilibre. C’est pourquoi une couche absorbera au mieux uniquement 50 fois son propre poids d’urine, mais c’est plus que suffisant.
Comme on pouvait s’y attendre, certains groupes écologistes rejetaient les couches jetables et posaient le problème de leur élimination. Ils firent campagne contre leur utilisation, mais en utilisant d’autres arguments : « Les couches jetables ont un lien avec la stérilité masculine » lisait-on dans les journaux britanniques et américains en septembre 2000, et les journalistes s’appuyaient sur un article paru dans Archives ofDisease in Chilhood rapportant les travaux de recherche d’une équipe dirigée par le Professeur Wolfgang Sippell du départe¬ment de pédiatrie de l’université de Kiel en Allemagne. Cette étude, impliquant 48 bébés de sexe masculin dont les mamans avaient utilisé des couches jetables, avait montré que la température de leurs scrotums était d’un degré supérieure à celle des bébés qui avaient porté des couches lavables en coton.
La production de sperme étant inversement proportionnelle à la température des testicules, plus la température sera élevée et moins les spermatozoïdes seront nombreux et mobiles. Ce résultat permit aux chercheurs de faire des hypothèses selon lesquelles les bébés garçons qui portaient des couches jetables pourraient bien, ultérieurement, avoir des problèmes de fertilité. Dans les médias, cette recherche avait aussi été reliée au déclin très médiatisé de la fertilité des hommes occidentaux durant la seconde moitié du XXe siècle. Evidemment, si cette théorie était correcte, il fallait interdire les couches jetables, et le plus tôt serait le mieux.
Ces histoires alarmantes de la presse prenaient pour cible l’inquiétude des parents quant à la capacité de leur progéniture mâle à devenir père, et c’est ce qui a fait l’intérêt médiatique de ce rapport. Comme il avait paru dans un journal respectable, il avait dû être expertisé par d’autres éminents pédiatres avant sa publication et ne pouvait donc pas être tout simplement rejeté car on le jugeait alarmiste. Indiscutablement, le fait de porter des couches jetables provoquait une élévation de la température d’un degré dans la région génitale des bébés garçons. Tout cela semblait logique car au moment où l’étude était menée, la face extérieure d’une couche jetable était non seulement étanche mais aussi hermétiquement fermée sur un air chaud et humide. Pour les bébés garçons qui portaient des couches en coton, la situation était autre si leurs mamans ne leur mettaient pas de culottes en plastique au- dessus de la couche. Une circulation plus libre de l’air entraînait un mécanisme de déplacement d’air plus frais à l’intérieur de la partie recouverte par la couche.
On pouvait prendre plus au sérieux la seconde attaque contre les couches jetables. Elle provenait de ceux qui se souciaient de leur non- biodégradabilité, ce qui signifiait que les couches usagées allant à la décharge mettraient des siècles à se décomposer. On devait donc préfé¬rer les couches en coton, réutilisables, aux couches jetables car elles diminuent la quantité de tels déchets. Dans certaines régions, elles étaient donc accueillies favorablement et même encouragées, bien que, d’après une analyse écologique, elles présentaient peu d’avantages du point de vue de la consommation globale d’énergie et d’utilisation de ressources.
La critique selon laquelle les couches jetables dépendent de l’industrie pétrochimique est plus grave car, en tant que telles, elles sont finalement dérivées d’énergies fossiles, ce qui, à long terme, pourrait les rendre non durables.
Ce sont ces défis que nous devons relever. Pouvons-nous produire des couches jetables qui soient à la fois biodégradables et issues de ressources renouvelables ? La réponse est affirmative bien que les premières tentatives dans ce sens aient eu un succès limité.
Considérant que les couches jetables existantes pouvaient être fabriquées dans des conditions plus acceptables pour l’environnement, Marlene Sandberg, une avocate suédoise de 42 ans et mère de deux enfants, conçut une couche constituée de 70 % de matières biodégradables et renouvelables, de coton (au pouvoir absorbant), et d’un polymère biodégradable dérivé du maïs pour les revêtements plastiques extérieurs. Evidemment, les couches contiennent encore un peu de PSA, mais beaucoup moins que les couches jetables traditionnelles.
Alors qu’une telle amélioration était bien accueillie, Sandberg eut des ennuis avec un mouvement écologiste féminin dont le porte-parole aurait dit « qu’une couche jetable, quels que soient ses constituants, pose de gros problèmes environnementaux ». De plus, les autres fabricants de couches jetables attaquèrent Sandberg en affirmant que si ses couches finissaient dans une décharge, elles ne disparaîtraient pas et que son produit était donc plus le résultat d’un marketing intelligent que d’un réel progrès scientifique. Ils avaient raison, mais jusqu’à un certain point. Il est parfaitement possible qu’un jour, tous les constituants d’une couche jetable proviennent de ressources renouvelables.
On pourrait alors s’en débarrasser par biodégradation dans des réservoirs de générateurs de méthane ou en faire du compost pour fabriquer des engrais ou même les brûler dans des incinérateurs pour générer de la chaleur, bien que leur importante teneur en eau laisse supposer que cette méthode d’élimination soit la moins probable. Une autre méthode d’élimination des couches jetables est en cours de test à Santa Clarita, en Californie où les couches usagées sont récupérées. Elles sont ensuite stérilisées et séparées en papier et plastiques dans une unité qui a un débit d’une tonne par heure. La pâte de fibres servira à faire du papier et le plastique, des meubles de jardins et des panneaux.
Une société mexicaine, Absormex, affirme que sa couche Natural Baby Supreme est entièrement biodégradable ; selon elle, cela a été rendu possible grâce à l’adjonction aux films plastiques d’un agent qui favorise leur décomposition sous l’effet du soleil, de la chaleur ou d’une action mécanique. En fait, ces couches sont si sensibles aux rayons ultraviolets du soleil qu’elles sont vendues dans des emballages qui les protègent des UV.
Pendant ce temps, les chimistes continuent à améliorer les couches jetables. Le problème avec le PSA est qu’il ne parvient pas toujours à absorber toute l’urine car ses particules extérieures peuvent former une couche non-perméable, ce qui les empêche d’agir correctement. La création d’un PSA ayant une meilleure surface active moins sujette à se gélifier a permis de résoudre ce problème. Une autre version de PSA va peut-être bientôt apparaître sur le marché ; il est basé sur un gel de polyméthacrylate qui n’est pas seulement un meilleur absorbant que les gels de polyacrylate mais qui agit également comme désodorisant, ce qui est un facteur essentiel dans les soins aux personnes âgées. D’autres compagnies travaillent également dans le but de trouver les moyens de neutraliser les thiols présents dans l’urine, lesquels lui donnent son odeur caractéristique.