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Recycler les fibres de carbone des matériaux composites

Posté le par Arnaud Moign dans Matériaux, Biotech & chimie

Bien que légers et résistants, les composites à fibre de carbone, ou CFRP, sont des matériaux dont le recyclage est particulièrement problématique. Des chercheurs de l’université de Sydney ont développé une méthode de séparation par pyrolyse permettant de conserver 90 % des propriétés mécaniques des fibres.

Avec un taux de croissance annuel de 10 à 12 % en 2019, le marché émergent de la fibre de carbone se porte bien. La demande devrait continuer à croître, principalement grâce à l’éolien, l’aéronautique, le spatial et l’automobile. Trouver des méthodes de recyclage est donc tout autant un problème écologique qu’économique.

Recycler les composites à fibre de carbone : un défi

La majorité des déchets CFRP collectés, en France comme ailleurs, sont incinérés ou enfouis. Dans un communiqué de presse, Ali Hadigheh, responsable des travaux de recherche, explique pourquoi : « Jusqu’à présent, il était impossible de recycler des produits contenant des fibres de carbone. Comme la plupart des méthodes de recyclage impliquent des étapes de déchiquetage, de découpe ou de broyage, les fibres s’usent, ce qui diminue la viabilité du futur produit ».

Puis il ajoute : « Cela représente un énorme défi et une menace pour notre environnement, car cela conduit à la production de fibre de carbone vierge qui contribue de manière significative aux émissions de gaz à effet de serre. »

Par ailleurs, les méthodes de recyclage mécanique conventionnelles ont aussi l’inconvénient de « casser » les chaînes polymères, ce qui réduit les propriétés mécaniques et physiques des matériaux recyclés.

Sacrifier la matrice pour conserver les fibres

Pour le recyclage des fibres de carbone contenues dans les composites, l’équipe de chercheurs de l’université de Sydney propose un processus optimisé, en deux étapes.

La première étape, la pyrolyse, permet de détruire la matrice par dégradation thermique. Cette étape a l’inconvénient de déposer un résidu de carbonisation autour des fibres, ce qui empêche le développement d’une bonne liaison chimique lors de l’incorporation dans une matrice en résine.

Pour y remédier, une deuxième étape, l’oxydation à haute température, est employée pour éliminer ces résidus.

Attention cependant, pour être utilisable, un tel procédé doit être parfaitement maîtrisé, de façon à préserver l’intégrité des fibres de carbone et garantir un niveau de qualité constant.

Ali Hadigheh l’affirme : « Ce qui fait le succès de notre méthode, c’est que nous avons ajouté des paramètres spécifiques – tels que la température, la vitesse de chauffe, l’atmosphère, le temps d’oxydation ou de chauffe – qui permettent de préserver la fonctionnalité de la fibre de carbone. »

Une méthode de séparation parmi d’autres !

D’après le communiqué de presse de l’université de Sydney, cette méthode semble fonctionner puisqu’elle permettrait de recycler des CFRP en conservant 90 % de leur résistance d’origine. En revanche, cette solution n’est qu’un exemple parmi d’autres méthodes de séparation envisageables.

Une start-up française, Xcrusher, propose ainsi de fragmenter, séparer et pulvériser des produits en fin de vie, en utilisant la technologie des puissances pulsées. Ce procédé plus polyvalent permettrait aussi de dissocier le verre du plastique des pare-brises automobiles, mais aussi de séparer les plastiques multicouches.

Pour aller plus loin

Posté le par Arnaud Moign


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