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 DEEE ménagers contiennent en moyenne 17% de matériaux plastiques, ce qui représente un gisement de plus de 315 000 tonnes de plastiques en France en 2020, dont près de 30 000 tonnes contiennent des substances réglementées telles que les retardateurs de flammes. 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 : 

 

Nanostructuration de mélanges de PC/ABS appliquée au recyclage des polymères issus des DEEE

 
  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.