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Polymères

 

Enjeux et objectifs

L’utilisation des matériaux plastiques, ou polymères, a connu une très forte progression depuis les années 1950. De par leurs multiples performances, ils ont peu à peu remplacé les matériaux traditionnels tels que les métaux, le verre ou le bois, pour de nombreuses applications comme dans les équipements électriques et électroniques. Mais aujourd’hui ces matières font face à des enjeux réglementaires (ex : loi AGEC), environnementaux (devenir en fin de vie) et sanitaires (toxicité des additifs). Il est donc essentiel d’améliorer leur circularité et leur soutenabilité tout au long de la chaine de valeur.

 

 

En tant que représentant des producteurs d’équipements électriques et électroniques et porteur de leur responsabilité sur la fin de vie des produits (REP), ecosystem accompagne les opérateurs dans le développement de technologies permettant de répondre aux défis de tri et de recyclage des matériaux (plastiques, métaux critiques…) mais également d’identifier les substances interdites d’un point de vue réglementaire. Il met également en place, pour répondre aux questionnements des producteurs adhérents, des outils d’éco-conception intégrant les spécificités du recyclage et permettant d’améliorer l’usage de matière recyclée.

 

 

Les résines de DEEE qui se recyclent aujourd’hui sont majoritairement les polyoléfines (PP et PE), dans une moindre mesure les polystyréniques (PS, ABS), et le PC. L’intégration de matière plastique recyclée dans les EEE est actuellement de l’ordre de 3%.

Dans ce contexte, répondre aux différents enjeux des matière plastiques nécessitent d’améliorer leur circularité tout en continuant d’optimiser les scénarios de recyclage existants mais surtout en déployant de nouveaux scénarios comme la réutilisation dans le cadre d’une stratégie 5R. Le déploiement de telles stratégies passe par une amélioration de l’adéquation entre la conception et les scénarios en fin de vie et ce pour le moindre coût environnemental et sanitaire.

L’un des objectifs de la Chaire Mines Urbaines est de passer d’une vision centrée optimisation des technologies de tri et recyclage à une échelle d’économie circulaire sur la chaine de valeur en favorisant :

  • Une conception orientée second cycle de vie de la matière
  • Une amélioration de la qualité de la fraction matière plastique recyclée
  • Le développement d’une économie circulaire en bénéficiant d’un accès au gisement afin de faciliter notamment la réutilisation et le recyclage
  

Travaux de la chaire

 

Les travaux de la chaire portant sur le tri et le recyclage des plastiques s’articulent autour de trois volets :

  • Optimisation des méthodes de tri massique des plastiques issus de broyats de DEEE
  • Etude de la compatibilité des polymères et composites en mélange
  • Amélioration des connaissances sur les mécanismes de dégradation des polymères durant leur recyclage 
  

 

Voici quelques exemples de projets : 

 

 

Développement de méthodes d’évaluation environnementale pour les procédés de recyclage chimique dans le cadre de la Chaire Mines Urbaines.

Jiadong Liu

Etudiant à l’Université Savoie Mont Blanc, alternant aux Arts et Métiers

  
  Objectifs et enjeux  
         
 
  • Evaluer les impacts environnementaux et sanitaires des procédés de recyclage chimique des métaux et plastiques issus des DEEE (déchets d’équipements électriques et électroniques).
  • Développer une méthode d’évaluation environnementale adaptée aux procédés de recyclage à bas TRL (Technology Readiness Level).
  • Contribuer à l’amélioration de la gestion durable des déchets à travers des recherches appliquées
  
         
  Principaux résultats  
     
 
  • Développement de deux nouvelles méthodes d’évaluation environnementale pour les procédés de recyclage chimique.
  • Réalisation de tests pratiques pour affiner les critères et optimiser les méthodes.
  • Collaboration avec des institutions académiques et industrielles pour valider ces méthodes.
  • Prévisions de publications scientifiques et de présentations lors de conférences internationales pour encourager l’innovation dans le domaine du recyclage durable
  
     
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Proposition d’une démarche d’écoconception des équipements électriques et électroniques centrée sur l’intégration de matières plastiques recyclées (MPR) issues de DEEE
 
Nicolas Nève
 
Doctorant à l’ENSAM
 
Objectifs et enjeux
 
  • Question de recherche : « Quels sont les leviers disponibles pour améliorer la circularité des plastiques recyclés issus de DEEE au travers de l’écoconception ? »
  • Construction d’un référentiel de qualité pour les matières plastiques recyclées
  • MFA (Analyse de flux de matière) pour caractériser le gisement des DEEE, et ACV (analyse de cycle de vie) pour analyser l’impact du recyclage des plastiques
  • Établissement d’une démarche d’écoconception des équipements électriques et électroniques
 
Principaux résultats
 
  • Rédaction de fiches techniques de caractérisation (données fonctionnelles, chimiques, réglementaires, logistiques, environnementales, traçabilité) des matières premières de recyclage (MPR) à destination des industriels utilisateurs de plastiques recyclés. 
  • Rédaction d’un référentiel de qualité pour les MPR, qui fournit une liste exhaustive des propriétés nécessaires à l’évaluation de la qualité pour un plastique recyclé, avec les méthodes d’évaluation de ces dernières.
  • Cas d’étude d’écoconception en utilisant les indicateurs du référentiel
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Nanostructuration de mélanges de PC/ABS appliquée au recyclage des polymères issus des DEEE

Xavier Mackré

  
  Objectifs et enjeux  
       
 
  • Ces travaux cherchent à créer des mélanges PC/ABS à l’aide du procédé de coextrusion multinanocouches, qui pourrait permettre d’améliorer les propriétés mécaniques de ces mélanges. Cette démarche sera appliquée à des polymères vierges et vieillis. Des méthodes de caractérisation microscopiques et mécaniques permettront d’étudier l’impact de cette nanostructuration sur les propriétés finales.
  • Un des principaux obstacles au recyclage des plastiques issus de ces déchets demeure la dégradation de leurs propriétés au cours de leur cycle de vie. De ce fait, un recyclage viable passe nécessairement par une stratégie d’amélioration des propriétés de ces déchets. Une voie prometteuse consiste à mélanger différents polymères en contrôlant les morphologies de mélanges afin d’obtenir des améliorations de propriétés finales.
  • Enjeux DEEE : Upgrading de matière recyclée
  
       
  Principaux résultats  
 
  1. Extrusion de films multicouches PC/ABS vierges. Cette campagne a pour objectif d’évaluer l’apport « brut » de la technique pour ce mélange. Morphologies et propriétés mécaniques des films évalués en détails afin de d’établir un scénario proposant un lien microstructure-propriété.
  2. Exposition de l’ABS pour simuler une oxydation de pièce d’ABS réelle. Extrusion des films PC/ABS oxydé afin d’évaluer l’apport de la technique dans un contexte d’upgrading de matière oxydée. Caractérisations identiques à l’étape 1 dans le même objectif.
  3. Campagne PC/SAN et PC/SAN oxydé afin de mieux comprendre les évolutions inexpliquées dans le système PC/ABS et évaluer ainsi l’impact des nodules de PB. Vérifier si les résultats Mécaniques et morphologiques confirment et prolongent les résultats rapportés dans la littérature
  
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Expertise déployée et équipes impliquées

L’antenne LCPI de Chambéry est le Pôle de compétence sur le recyclage et l’écoconception d’Arts et Métiers. Ce laboratoire est et a été pilote ou partenaire de nombreux projets nationaux et européens, impliquant divers secteurs industriels, dont l’automobile, l’aéronautique, la plasturgie, le recyclage… Ses travaux s’articulent autour de trois axes :

 

  • Le développement de méthodes, d’outils et de pratiques d’éco-conception destinés à limiter les impacts environnementaux liés à la fabrication, l’usage et la fin de vie des produits ;

  • Le développement de procédés de tri et de recyclage des matériaux, principalement axé sur les plastiques issus des produits en fin de vie ;

  • L’évaluation des performances environnementales des produits ou des procédés par la réalisation d’Analyses du Cycle de Vie.

 

 

Le laboratoire PIMM réunit des spécialistes de différents horizons : mécanique des matériaux et des structures, chimie des polymères… Ses travaux s’attachent en particulier aux conséquences des procédés sur les propriétés d’emploi, via les défauts et les modifications de microstructures engendrées. Dans le cadre de la chaire il déploie les compétences suivantes : 

 

  • Procédés de transformation des matériaux plastiques ;

  • Etude des phénomènes de vieillissement des plastiques ;

  • Caractérisation des propriétés mécaniques et rhéologiques des plastiques recyclés. 

 

 

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