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L’ACTUALITÉ CHIMIQUE N° 456-457-458 126 Novembre-Décembre-Janvier 2020-2021 . .

L’ACTUALITÉ CHIMIQUE N° 456-457-458 126 Novembre-Décembre-Janvier 2020-2021 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . les polymères environnement, écoresponsabilité et recyclage Techniques, enjeux et avenir Résumé Une meilleure valorisation des plastiques qui apparaissent actuellement comme une ressource et non plus comme un déchet est un défi qu’il s’agit de relever dans les années à venir, et ce à différentes échelles. Différents procédés existent (en particulier pyrolyse, solvolyse, recyclage mécanique) et sont pour certains déjà déployés à l’échelle industrielle. Cependant, pour certaines applications, notamment dans le domaine de l’alimentaire, ces procédés ne sont pas suffisamment efficaces pour permettre un recyclage en boucle fermée de ces plastiques. Le recyclage chimique et/ou le développement de procédés de dépollution, associés à des techniques analytiques pertinentes, devraient permettre de répondre à cette problématique. D’autre part, le recyclage de structures complexes (films multicouches, composites) présente également un défi scientifique complexe qui fait l’objet de nombreuses recherches actuellement. Une meilleure prise en compte de la problématique du traitement en fin de vie des polymères et composites lors de leur phase de développement, qui relève de l’écoconception, devrait permettre de mieux valoriser ces matériaux. Mots-clés Recyclage, polymères, composites, plastiques, pyrolyse, solvolyse, régénération. Abstract Recycling of polymers: fact, issues and future There is an urgent need for a better recovery of end-of-life plastics, which currently appear as a resource and no longer as waste. Different processes exist (in particular pyrolysis, solvolysis, mechanical recycling) and are for some of them already used at an industrial scale. However, for some applications, some limitations still exist and do not allow a closed loop recycling of these plastics. This is particularly the case if we consider plastic used in the food industry (in particular food contact plastic) and the problem of adsorption of contaminants by plastic during their use or waste management phases cannot be ignored. Chemical recycling and/or development of depollution processes, associated with relevant analytical techniques, should in the coming years make it possible to answer this problem. On the other hand, the recycling of complex structures such as multilayer films or composites also presents a complex scientific challenge which is the subject of a number of current research. Better consideration of the issue of end-of-life treatment of polymers and composites during their development phase, following the principle of eco-design, should lead to a better recovery of end-of-life plastics. Keywords Recycling, polymers, composites, plastics, pyrolysis, solvolysis, mechanical recycling. utilisation raisonnée et plus durable des ressources, et parmi elles des matières plastiques, apparait comme un enjeu crucial dans la société actuelle qui se décline à diffé- rentes échelles (européenne, nationale, régionale) sous forme de stratégies [1] aux très fortes ambitions telles que la multipli- cation par 4 du marché des plastiques recyclés en Europe en 2030, ou encore l’objectif politique de la France qui est de recycler 100 % des plastiques à l’horizon 2025. En 2018, seuls 6 % de la demande plastique en Europe correspondait à des plastiques recyclés et le taux de matière plastique recyclée dépassait légèrement les 30 % (ce taux était cependant inférieur à 25 % en France) [2]. Ces chiffres permettent de visua- liser le chemin qu’il reste à parcourir pour remplir ces objectifs. Le recyclage des matériaux, et donc des plastiques, se définit comme « une opération de valorisation par laquelle les déchets sont retraités en substances, matières ou produits aux fins de leur utilisation initiale ou à d’autres fins » [3]. Il se distingue de la réutilisation et du réemploi [3] dans la mesure où les produits issus du recyclage vont de nouveau pouvoir être utilisés comme ressources dans différents domaines (industrie chimique, plasturgie…). On distingue deux grandes familles de procédés de recyclage (figure 1) : le recyclage mécanique, qui concerne les procédés qui ne vont pas majoritairement modifier la chaine du polymère, et le recyclage chimique, qui au contraire va entrainer une décomposition de la chaine, conduisant à la formation de molécules plus courtes qui pourront être soit utilisées pour redonner des polymères (recyclage en boucle fermée), soit valorisées dans l’industrie (en particulier en pétrochimie). Cet article décrit les principaux procédés développés dans ces deux familles, dresse l’état des lieux des technologies actuellement disponibles, et identifie les principaux enjeux que la communauté scientifique, mais pas uniquement, devra relever dans les années à venir. Le recyclage mécanique : une solution déjà bien établie avec des enjeux toujours d’actualité Le recyclage mécanique consiste à convertir les déchets en une matière première de seconde génération, également appelée matière de seconde fusion. Ce type de recyclage peut s’appliquer aux déchets de fabrication – on parle alors de recyclage primaire – et aux déchets de post-consommation – on parle alors de recyclage secondaire (figure 1). Avant de subir l’étape de régénération, qui consiste généralement à réaliser une extrusion de la matière de manière à permettre une utilisation ultérieure sous forme de granulés, les déchets vont subir un certain nombre d’étapes ayant pour objectif de préparer la matière (opérations de broyage, lavage et tri). Ces différentes étapes vont conditionner un certain nombre de propriétés du polymère recyclé, et donc les domaines d’appli- cations dans lesquels cette matière pourra être valorisée. L’ Le recyclage des matériaux plastiques L’ACTUALITÉ CHIMIQUE N° 456-457-458 127 Novembre-Décembre-Janvier 2020-2021 Cependant, même si ces opérations sont réalisées de manière pertinente et adaptée au gisement concerné ainsi qu’à l’utili- sation finale, plusieurs problèmes propres aux plastiques et à ce mode de recyclage ne peuvent être évités, ce qui explique en partie pourquoi le taux de matière plastique recyclée est faible si on le compare à d’autres matériaux tels que le verre ou les métaux. Dans un premier temps, une dégradation des chaines de polymère peut avoir lieu, soit au cours de la régénération de la matière, soit lors de la phase d’usage des polymères. Cette modification de la longueur des chaines va affecter les propriétés du polymère recyclé, qui sont ainsi généralement en deçà des propriétés des polymères vierges. Pour limiter ce phénomène, plusieurs approches peuvent être suivies. Une solution consiste à ajouter, lors de l’étape de régénération, des additifs stabilisants thermiques et/ou des anti-UV et/ou des antioxydants. Une seconde approche consiste à diluer les granulés issus de polymères recyclés à de la matière vierge. Enfin, une dernière solution est d’utiliser des allongeurs de chaines qui sont des molécules multifonctionnelles suscep- tibles de réagir avec les bouts de chaines, conduisant à une augmentation de la taille de ces dernières. Cette approche a particulièrement été étudiée dans le cas des polyesters et plus particulièrement du PET (poly(éthylène téréphtalate)). D’autre part, même si les opérations de tri des plastiques (flottaison, tri optique, triboélectricité…) basées sur diffé- rentes propriétés physico-chimiques des polymères sont de plus en plus performantes, la séparation n’est pas toujours totale, ce qui conduit à devoir traiter des polymères en mélange. L’étape de tri peut de plus représenter un coût important lorsqu’on recherche un niveau de pureté élevé, conduisant de fait à un questionnement relatif à la rentabilité économique du recyclage de matière à faible valeur ajoutée. D’autre part, certains usages amènent à la fabrication d’objets complexes (films multicouches par exemple) et la séparation des différents polymères n’est pas triviale. Ainsi, le recyclage de polymères en mélange doit être envisagé. Cependant, ce type de recyclage conduit la plupart du temps à des matériaux peu intéressants. En effet, les polymères sont pour la plupart incompatibles et l’ajout d’agents compatibilisants doit dans ce cas être envisagé pour permettre une valorisa- tion matière de ces matériaux. Différentes voies de compati- bilisation plus ou moins innovantes sont rapportées dans la littérature : greffage de longues chaines [4], ajout de divers agents compatibilisants (comme par exemple le polypropy- lène greffé anhydride maléique, PPgAM) [5], de différents comonomères (éthylène-propylène-diène, éthylène-propy- lène, PE-g-(2-méthyl-1,3-butadiène) [6]. Cependant, malgré une meilleure adhésion entre polymères et un affinement des morphologies lié à la compatibilisation des mélanges, les propriétés mécaniques des matières recyclées demeurent bien souvent inférieures à celles des matières vierges. De plus, cette approche conduit également à une augmentation du coût des matériaux recyclés. Enfin, une dernière problématique associée au recyclage mécanique des polymères concerne la présence de polluants ou impuretés liés à la fois à la formulation initiale des matières plastiques et à leur usage. La présence de polluants dans les matières recyclées est indéniablement un des freins majeurs à leur utilisation dans différents secteurs tels que l’emballage alimentaire par exemple. Ces polluants peuvent être relargués au cours de leur nouvel usage, compromettant ainsi l’utilisa- tion de la matière recyclée pour certaines applications. Dans le domaine de l’alimentaire en particulier, le PET est la seule matière recyclée réutilisée dans des emballages actuelle- ment en France. Le premier procédé de recyclage du PET pour applications alimentaires a été validé dès 1991 aux États-Unis. Aujourd’hui, plusieurs technologies permettent de déconta- miner le PET. Ces procédés reposent sur une étape de désorp- tion thermique (entre 180 et 220 °C) sous vide ou sous gaz inerte suivie d’une polymérisation à l’état uploads/Industriel/ 2020-2021-456-457-458-duquesne-hd.pdf