Polymères

Enjeux

L’utilisation des matériaux plastiques, ou polymères, a connu une très forte progression depuis les années cinquante. Matériaux performants, 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. Cependant, l’une de leurs qualités, la résistance au vieillissement, s’est progressivement transformée en problématique environnementale lors de la fin de vie des produits.

En tant que représentant des producteurs d’équipements électriques et électroniques et porteur de leur responsabilité sur la fin de vie des produits, Eco-systèmes se doit de contrôler la stricte application de la réglementation sur le transport et le traitement des fractions plastiques issues du traitement des DEEE. Eco-systèmes souhaite également jouer un rôle dans le développement des technologies de recyclage des plastiques issus des DEEE.

Les DEEE ménagers contiennent en moyenne 18% de matériaux plastiques, ce qui représente un gisement de plus de 78 000 tonnes de plastiques en France en 2014, dont près de 8 000 tonnes contiennent des retardateurs de  flamme.  Dans ce contexte, l’objectif de la chaire Mines urbaines est d’optimiser le recyclage des plastiques issus des DEEE et de créer de nouvelles filières de matériaux plastiques secondaires de qualité en favorisant :  

• la maîtrise du devenir de la fraction plastique en favorisant le développement d’unités de tri et de valorisation de proximité

• le développement d’une économie circulaire en bénéficiant d’un accès au gisement afin de faciliter notamment le recyclage des plastiques en boucle fermée

En termes de consommations ressources, la production d’une tonne de plastique nécessite a minima 2 tep (tonne équivalent pétrole) contre 0,4 tep pour celle de plastique recyclé, donnée non négligeable dans le contexte actuel de raréfaction des ressources pétrolières.  

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 

Équipes impliquées

Laboratoire de Conception Produits et Innovation (LCPI) – Antenne de Chambéry d’Arts et Métiers – Chambéry (France)

• Pr Daniel Froelich : 25 ans d’expérience dans le domaine du tri et du recyclage des polymères
• Dr Ing Bardia Esmaeillou : 12 ans d’expérience dans le domaine de la mise en œuvre et la caractérisation des polymères et composites
• Doctorant Roman Bruyant

Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM) – Arts et Métiers – Paris (France)

• Pr Abbas Tcharkhtchi : 25 ans d’expérience dans le domaine des polymères
• Doctorante Sara Aid

Expertise déployée

L’antenne LCPI de Chambéry est le Pôle de compétence sur le recyclage et l’éco-conception 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. 

Équipements mis en œuvre  

• Attritionneur, broyeur à couteaux, broyeur à marteaux, micro-broyeur;
• Extrudeuse et presse à injection;
• Spectrométrie Moyen Infra Rouge (MIR), Ultra Violet (UV), Proche Infra Rouge (NIR), Fluorescence X (FX), banc laser;
• Machine de traction, machine de chocs (Charpy, multi-impacts).

Références antérieures 

Elisabeth MARIS, Pierre BOTANE, Philippe WAVRER, Daniel FROELICH – Characterizing plastics originating from WEEE: A case study in France – Mineral Engineering – Vol. 2015, n°76, p.28-37 – 2015

Elisabeth MARIS, Daniel FROELICH – Critical analysis of existing recyclability assessment methods for new products in order to define a reference method, – In: REWAS 2013: Enabling Materials Resource Sustainability – TMS 2013 Annual Meeting and Exhibition, Etats-Unis, 2013-03-03 – Minerals, Metals and Materials Society – 2013

Elizabeth MARIS, Améziane AOUSSAT, Emmanuel NAFFRECHOUX, Daniel FROELICH -Polymer tracer detection systems with UV fluorescence spectrometry to improve product reyclability – Minerals Engineering – Vol. 29, p.12 – 2012

Feliks BEZATI, Daniel FROELICH, Valérie MASSARDIER, Elisabeth MARIS – Addition of X-ray fluorescent tracers into polymers, new technology for automatic sorting of plastics : proposal for selecting some relevant tracers – Resources, Conservation and Recycling n°55, p.1214-1221 – 2011

Feliks BEZATI, Valérie MASSARDIER, Jean BALCAEN, Daniel FROELICH – A study on the dispersion, preparation, characterization and photo-degradation of polypropylene traced with rare earth oxides – Polymer Degradation and Stability – Vol. 2011, n°96, p.51-59 – 2010

Feliks BEZATI, Valérie MASSARDIER, Daniel FROELICH, Elisabeth MARIS, Jean BALCAEN -Elaboration and Characterization of Traced Polypropylene with Rare Earth Oxides for Automatic Identification and Sorting of End-of-Life Plastics – WASTE AND BIOMASS VALORIZATION p.357-365 – 2010

DANIEL FROELICH, Elisabeth MARIS, Henri RENARD – Sorting mixed polymers from end of life products by a selective grinding process – WASTE AND BIOMASS VALORIZATION p.439-450 – 2010

Fabrice Mathieux, Daniel Froelich and Pierre Moszkowicz ReSICLED ( 2008) “a new recovery-conscious design method for complex products based on a multicriteria assessment of the recoverability” Journal of Cleaner Production, Volume 16, Issue 3, February 2008, Pages 277-298

Maudet,C., Bertoluci,G., Froelich,D. (2007) “Proposal for a tool for integrating plastic recycling industries into the automotive supply chain” I.J.E.C.D.M. (International Journal of Environmentally Concious Design and Manufacturing),Vol 13, N° 3&4

Froelich, D., Maris , E., , Haoues, N., Chemineau, L., Renard, H., Abraham, F. , Lassartesses , R. (2007) “State of the art of plastic sorting and recycling: Feedback to vehicle design State of the art of plastic sorting and recycling: Feedback to vehicle design Minerals Engineering, Volume 20, Issue 9, August 2007, Pages 902-912