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RÉSUMÉ
Les silicones (ou polysiloxanes) constituent une très grande variété de matériaux polymères aux propriétés physico-chimiques, et donc aux applications, très diverses. En fin de vie, leurs processus de dégradation chimiques et biologiques impactent différents compartiments environnementaux selon des mécanismes de mieux en mieux identifiés. De nombreuses études permettent aujourd'hui de connaître le devenir de ces matériaux dans l'environnement ainsi que leur répartition dans les différentes filières de traitement des déchets.
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Baptiste LAUBIE : Ingénieur en chimie – génie des procédés - Docteur ès sciences Laboratoire de génie civil et ingénierie environnementale (LGCIE), Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA)
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Patrick GERMAIN : Professeur des universités Laboratoire de génie civil et ingénierie environnementale (LGCIE), Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA)
INTRODUCTION
Les silicones, polymères structurés autour de la liaison siloxane Si–O, sont très utilisés dans les biens de consommation domestique, mais aussi à l'échelle industrielle. En fonction de leurs degrés de polymérisation et des groupements chimiques greffés au squelette siloxane, on les trouve sous forme de fluides (dans les cosmétiques, les détergents par exemple), sous forme d'élastomères (comme joints dans de nombreux domaines d'application), mais également sous forme de résines. Environ 4 millions de tonnes de silicones sont produites chaque année dans le monde.
En fonction de leur utilisation et de leurs propriétés physico-chimiques, ces matériaux sont orientés vers différentes filières de traitement des déchets et impactent les compartiments environnementaux (sols, atmosphère, eaux usées…) de façon spécifique. Cet article s'attache à faire le point sur les connaissances liées à la fin de vie de ces polymères, de leur voie d'élimination jusqu'aux impacts environnementaux générés, en passant par les mécanismes de leur dégradation.
La grande majorité des données scientifiques disponibles sur le sujet est fournie directement par des fabricants ou des groupements d'industriels des silicones (comme le CES, Centre Européen des Silicones). Le devenir dans l'environnement de ces matériaux a été très étudié dans les années 1990 et jusqu'au début des années 2000. En effet, suite au très fort développement du marché, les producteurs ont largement communiqué afin de rassurer les consommateurs sur la non-toxicité des produits de dégradation pour eux-mêmes, comme pour l'environnement. Depuis ces années, de nombreux tests d'écotoxicité sont apparus à des fins réglementaires mais très peu de données sur leur fin de vie ont été publiées. Aujourd'hui, l'étude des silicones dans l'environnement s'est principalement concentrée sur l'analyse et le traitement des COVSi (Composés Organiques Volatils du Silicium) dans les biogaz.
Ainsi, après une description des matériaux silicones, le lien entre propriétés physico-chimiques, applications et répartition dans les filières de traitement des déchets est établi. Puis, après les processus (biotiques et abiotiques) de dégradation des silicones dans l'environnement, une attention particulière est portée sur leur devenir selon les compartiments environnementaux dans lesquels ils se trouvent.
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4. Devenir des silicones dans l'environnement
Les différentes voies de dégradation des silicones donnent des composés aux caractéristiques environnementales très différentes. Les siloxanes peuvent être regroupés en trois classes, en fonction de leurs propriétés physico-chimiques : les PDMS bien sûr, les MSV et les silanols.
La fin de vie d'un PDMS est schématisée sur la figure 11 . Chaque élément est détaillé dans la suite.
4.1 Propriétés des silicones en lien avec leur devenir environnemental
Certaines propriétés physico-chimiques (comme la solubilité, les coefficients de partage….) permettent d'anticiper le devenir des composés dans l'environnement. Dans le cas des silicones, elles sont souvent estimées (expliquant la grande variabilité des valeurs trouvées dans la littérature), mais permettent de dégager des tendances qui sont résumées dans le tableau 2.
La volatilité et la solubilité des PDMS décroissent rapidement avec le poids moléculaire. Ceux qui comportent plus de 10 atomes de silicium sont non volatils aux températures rencontrées dans l'environnement et sont insolubles dans l'eau. Leur caractère hydrophobe entraîne une forte sorption sur les sédiments, les boues et les sols. Les MSV ont le même comportement vis-à-vis des matières en suspension, mais migrent très rapidement des phases aqueuses vers le compartiment atmosphérique.
La solubilité dans l'eau des silanols et siloxanols de faible poids moléculaire est grande en raison des liaisons hydrogènes qu'ils peuvent former. Elle diminue avec l'augmentation de la longueur des substituants alkyles et de la chaîne siloxane. Malgré la faible volatilité du DMSD, son évaporation constitue la principale voie d'élimination de ce composé lorsqu'il est présent dans un sol, puisque les vitesses de biodégradation sont trop faibles dans ce milieu.
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - SPIVACK (J.L.), POHL (E.R.), KOCHS (P.) - Organoalkoxysilanes, organosilanols, and organosiloxanols. - Dans : CHANDRA (G.) Organosilicon materials, Springer, Berlin (1997).
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(3) - DOW CORNING Corporation - Silicone chemistry overview - (1997) http://www.dowcorning.com/content/publishedlit/51-960A-01.pdf (page consultée le 17 juin 2013)
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(4) - SCHORSCH (G.) - Silicones et composés fluorés : des produits aux propriétés d'usage. - Dans : LANTERI (P.) et BORDES (C.) Formulation des composés siliconés et fluorés, EDP Sciences, Les Ulis (2004).
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(5) - OHANNESSIAN (A.) - Composés organiques volatils du silicium : un frein à la valorisation énergétique des biogaz. - Thèse, Insa de Lyon, Lyon (2008).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
CES Centre Européen des Silicones http://www.silicones-europe.com/ (page consultée le 17 juin 2013)
Dow Corning, Fascinating Silicone http://www.dowcorning.com/content/discover/ (page consultée le 17 juin 2013)
HAUT DE PAGE
European Silicon Days, MMS Conferencing, Congrès international sur la chimie et les technologies à base de silicium, a lieu tous les deux ans (années impaires) http://www.mmsconferencing.com/
Sardinia symposium, International symposium on waste management and landfill issues, a lieu tous les deux ans en Sardaigne (années impaires) http://www.sardiniasymposium.it/
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