Transformer le PE en un nouveau polymère

Le polyéthylène (PE) est le plastique le plus fabriqué dans le monde, à hauteur de 150 millions de tonnes par an, sous différents grades, car il est produit de multiples manières. « Pour l’instant nous n’arrivons pas à nous en débarrasser ni à le recycler. Et il n’est pas intéressant de revenir au monomère parce qu’il ne coûte pas très cher et que le processus de déconstruction est très énergivore et requiert des catalyseurs onéreux », explique Daniel Taton, chercheur au Laboratoire de chimie des polymères organiques (CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP). Ce dernier et son équipe, en partenariat avec les chercheurs et chercheuses en chimie organique, se sont attaqués à ce problème en proposant de fonctionnaliser quelques unités dans les chaînes de polymères pour en modifier les propriétés.

Une réaction de photonitrosation

« Nous employons une réaction de photonitrosation amorcée par la lumière. Nous ajoutons un précurseur de monoxyde d’azote qui va venir se fixer sur le PE. Cette réaction était déjà connue sur de petites molécules, mais notre innovation se trouve justement dans son application à des PE. Notre autre apport réside dans la longueur d’onde de la lumière utilisée, habituellement les UV très énergétiques et par conséquent peu sélectifs. Dans notre cas, nous avons utilisé un photosensibilisateur fonctionnant dans le domaine du visible. Le processus est particulièrement sélectif et s’avère moins énergivore », explique Yannick Landais, enseignant-chercheur à l’Institut des sciences moléculaires (CNRS/Bordeaux INP/Université de Bordeaux). Cette réaction est également possible par voie thermique, en l’absence de lumière, dans des conditions plus proches de celles de l’industrie. Le PE est ainsi fondu dans une extrudeuse autour de 120°C. Y est ajouté le même précurseur de monoxyde d’azote que précédemment. L’atmosphère au sein de l’extrudeuse est un facteur clé. En présence d’air des fonctions carbonyles sont incorporées sur le PE. Sous atmosphère d’azote, on retrouve les fonctions oximes générées sous conditions photochimiques. « Pour l’instant nous sommes capables de produire ces nouveaux matériaux, mais nous ne savons pas comment les utiliser. Nous devons encore montrer qu’ils possèdent une vraie valeur ajoutée dans les années qui viennent. Notre idée est vraiment de transformer les déchets pour les convertir en ressources plutôt que de les brûler », développe Daniel Taton.

Trouver une valeur ajoutée

Les équipes de l’ISM et du LCPO viennent de déposer deux brevets. Mais les études se poursuivent, notamment afin d’optimiser les conditions d’extrusion pour une montée en échelle. « Nous cherchons également à savoir si nous sommes capables de traiter des mélanges de polymères. Les additifs présents dans les matériaux plastiques constituent un vrai casse-tête pour les recycleurs », ajoute Yannick Landais. Ils réfléchissent aussi à d’autres agents de fonctionnalisation que le nitrite de tertio-butyle pour adapter la réaction à différents polymères comme le polypropylène et augmenter le taux de sélectivité. « Une fois que notre polymère est fonctionnalisé, il devient polaire et peut-être pourrait-il ainsi être compatibilisé avec un autre polymère », espère Daniel Taton.

Mais comme dans la plupart des développements technologiques destinés à recycler le plastique, les équipes sont confrontées à un problème majeur : le prix du plastique vierge étant bas, les polymères recyclés doivent avoir une forte valeur ajoutée pour être rentables. « Il persiste aussi une défiance des consommateurs, et de la société en générale, qui ont du mal à accepter de réutiliser ce qui a été un déchet. Sans compter le “recyclage bashing”. Il est certain qu’il faut produire moins de plastique, mais cela n’empêche pas d’investir dans des sujets d’innovation pour le traitement de ces polymères. Nous n’allons pas traiter tous les gisements, mais uniquement certaines niches », conclut Daniel Taton.