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RÉSUMÉ
Les matériaux composites à matrice polymère sont utilisés à grande échelle dans des applications industrielles variées. Cependant, leur recyclabilité est encore perçue comme délicate et difficile, du fait de leur hétérogénéité et du recours encore fréquent à des matrices thermodurcissables, donc infusibles. Cet aspect constitue a priori un frein à leur pénétration plus large de certains marchés. Ainsi, certains utilisateurs préfèrent aux composites des matériaux alternatifs plus facilement recyclables. La pression réglementaire pousse actuellement les industriels de la filière des matériaux composites à développer des solutions de recyclage et de valorisation. Des filières de démantèlement, de recyclage et de valorisation de ces matériaux tendent à se mettre en place par secteur d'application ou de manière transversale.
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Composite materials with a polymer matrix are widely used in various industrial applications. However, their recyclability is still considered to be delicate and difficult due to their heterogeneity and the existing frequent usage of thermosetting and thus infusible matrixes. A priori, This aspect constitutes a hindrance to their greater penetration in certain markets. Indeed, certain users prefer easier to recycle alternative materials to composites. Regulatory pressure has encouraged industrialists from the composite materials sector to develop recycling and valorization solutions. Dismantling, recycling and valorization processes for such materials tend to be implemented within the various application sectors or transversally.
Auteur(s)
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Patricia KRAWCZAK : Professeur à l'École des Mines de Douai - Responsable du Département Technologie des Polymères et Composites Ingénierie Mécanique de l'École des Mines de Douai
INTRODUCTION
Les matériaux composites à matrice polymère sont utilisés de longue date à grande échelle dans des applications industrielles variées (transport, bâtiment ...). Leur recyclabilité, perçue comme étant difficile ou pour le moins perfectible du fait de leur hétérogénéité et du recours encore fréquent à des matrices thermodurcissables (infusibles après fabrication), peut toutefois constituer un frein à leur pénétration plus large de certains marchés. Certains utilisateurs peuvent en effet être amenés à préférer aux composites des matériaux alternatifs plus facilement recyclables. Les préoccupations environnementales et la pression réglementaire ont poussé les industriels de la filière des matériaux composites à développer des solutions de recyclage et de valorisation, matière, thermique/énergétique ou chimique. Dans un contexte réglementaire, différentes initiatives professionnelles visent à mettre en place des filières de démantèlement/recyclage/valorisation de ces matériaux par secteur d'application ou de manière transversale.
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Écoconception pour le recyclage5. Procédés chimiques (solvolyse, glycolyse, acidolyse ...)
Le recyclage chimique repose sur le principe de la dépolymérisation par solvolyse. Cette technique consiste à traiter un polymère ou un composite à matrice polymère par un solvant réactif capable de dépolymériser la résine en coupant les liaisons présentes dans le réseau macromoléculaire, conduisant à un mélange liquide de produits de dépolymérisation [2][42]. On parle suivant les cas de glycolyse, d'acidolyse, d'hydrolyse ou d'alcoolyse lorsque le traitement chimique fait appel respectivement à un glycol, un acide, de l'eau ou un alcool.
La technique est industriellement développée principalement pour des polymères thermoplastiques, notamment le PET ou le PVC pour lequel il existe des procédés industriels bien maîtrisés. La structure chimique très stable, réticulée, des résines thermodurcissables rend leur dépolymérisation plus délicate, mais toutefois envisageable, notamment dans le cas, le plus étudié, des polyesters insaturés.
Appliqué au recyclage des composites, un procédé performant de solvolyse permet, de par la perte de propriétés mécaniques de la matrice, de « désassembler » le matériau. Il devient alors possible de récupérer par filtration :
-
les fractions inorganiques (fibres de verre, charges minérales) dépourvues de résidus de matière organique, réutilisables en tant que charges ou renforts ;
-
la fraction liquide, constituée par les produits de dépolymérisation en solution dans le solvant réactif, potentiellement exploitable dans l'industrie chimique en tant que matière première pour le développement de nouveaux composés.
Une solvolyse performante permet donc un recyclage intégral du composite, associant une valorisation de tous les composants.
On note toutefois qu'en ce qui concerne les composites thermodurcis les plus courants, il est impossible de revenir au monomère de départ après dépolymérisation, contrairement aux thermoplastiques. Les produits obtenus possèdent en effet des groupements chimiques qui sont fonction du solvant utilisé. Un recyclage en boucle fermée stricto-sensu (i.e. sous forme de polymère ou résine de la même famille) n'est donc pas directement envisageable. D'autres utilisations sont cependant possibles pour ces produits, par exemple en tant que composant d'un nouveau système thermodurcissable ou additif...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PICKERING (S.J.) - Recycling technologies for thermoset composite materials – current status, Composites Part A - . Applied Science and Manufacturing, 37, 1206-1215, 2006.
-
(2) - Guide déchets – Valorisation des déchets en composites thermodurcissables. - Projet RECYCOMP 1, 2003.
-
(3) - Main dynamics of the world wide composite industry - . JEC Strategic Studies, JEC Group, Paris, 85 p., 2006.
-
(4) - Filière : Les industriels du composite contraints au recyclage. - L'Usine Nouvelle, 20 mars 2003.
-
(5) - Guide Déchets – Valorisation des déchets composites à matrice thermodurcissable - . Projet RECYCOMP 2, 2005.
-
(6) - DE LARY (J.P.), HEMBERT (C.), HENRY (S.), CAUDRON (J.C.) - Les composites, un matériau d'avenir, Groupement de la Plasturgie Industrielle et...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Déchets en cimenterie – Contexte général
-
Traitements thermiques des déchets – Procédés et technologies associées.
-
Bilan Carbone® : Réglementation et outils.
-
Recyclage des themoplastiques
Waste management, Elsevier http://www.elsevier.com
Waste management & research, Sage http://www.sagepub.com
Journal of material cycles and waste management, Springer http://www.springer.com
International journal of environment and waste management, Inderscience http://www.inderscience.com
The open waste management journal, Bentham http://www.benthamscience.com/open/index.html
Resources, conservation and recycling, Elsevier
Journal of solid waste technology and management, Global Recycling Network http://www.grn.com
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ISO/DIS 30012 - Plastiques renforcés de fibres de carbone – Détermination des dimensions et du rapport d'apparence d'objets broyés - -
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