Recyclage des matériaux composites : quelles sont les possibilités des résines thermoplastiques Elium® ?
Elium® est la première résine thermoplastique liquide qui révolutionne le monde des matériaux composites grâce à sa recyclabilité. Les deux technologies de recyclages principales ont été testées avec de la résine thermoplastique : le recyclage mécanique et le recyclage chimique. Nous avons interrogé des chercheurs et ingénieurs d'Arkema et de l'institut de recherche Cetim Grand Est pour discuter des possibilités de recyclage des matériaux composites qu'offre la résine Elium®.
Les matériaux composites croissent de 4 % par an depuis 2016, avec une montée en puissance des composites thermoplastiques par rapport aux thermodurs. Or la gestion de leur fin de vie reste peu aboutie. Si plusieurs facteurs rentrent en ligne de compte, la nature thermodurcissable des résines les composant rend très complexe leur recyclage.
En conséquence, les composites en fin de vie et les déchets de production sont majoritairement enfouis, faute de valorisation techniquement ou économiquement viable, ou alimentent les cimenteries sous la forme de combustibles solides de récupération
Quel est le potentiel d'Elium® dans le recyclage des pièces composites thermoplastiques ?
Dans un marché monopolisé par les composites thermodurs, la résine Elium® représente une innovation sans précédent. Elle combine les avantages de mise en œuvre d’un matériau thermodur avec la caractéristique de recyclabilité d’un matériau thermoplastique. Son potentiel est énorme, d’autant que 38 000 tonnes de déchets composites sont générées annuellement en France, sur une production totale de 380 000 tonnes.
Mais si les matériaux composites thermoplastiques sont rentables à mettre en œuvre, l’absence de filière de recyclage peut constituer un frein à leur utilisation massive. C’est pourquoi Arkema, aux côtés de partenaires industriels et académiques, œuvre au développement de ces filières au sein de différents projets et via la mise au point de deux procédés différents, mais complémentaires
Recyclage mécanique des composites thermoplastiques
Il s’agit de la première solution industrielle réaliste de recyclage de matériaux composites thermoplastiques, en particulier ceux en résine Elium® . Pour la développer, Arkema collabore au projet REVEL avec le Centre technique des industries mécaniques (CETIM) Grand Est et et l'Institut de Recherche Technologique M2P.
Pour Clément Callens, responsable pôle Industrie du Futur & Procédés thermoplastiques du CETIM, « l’objectif est de positionner la démarche de revalorisation des composites vis-à-vis des applications futures, et donc de projets industriels à venir. Pour ce faire, nous évaluons la recyclabilité par voie thermomécanique de chutes de production ou de pièces en fin de vie en composites à base de résine Elium®. » Concrètement, les pièces sont broyées, chauffées puis le matériau obtenu est transformé sous forme de panneaux à la résistance mécanique élevée.
Ces composites ainsi recyclés, qui comprennent les fibres et la résine, pourront être utilisés dans le BTP, les transports, la production de biens d’équipements industriels... des secteurs en recherche de solutions d’allégement, de gains de performances mécaniques et de simplification de conception.
Cette solution présente l’intérêt d’être implantable chez des acteurs de la filière recyclage avec des procédés standards, à petite et moyenne échelle et dans une optique moins énergivore que les procédés chimiques complexes".
Recyclage chimique des composites thermoplastiques
Il s’agit du second type de recyclage des composites en résine Elium® . Ce procédé consiste à broyer le composite et à le chauffer à environ 400 degrés afin de faire passer la résine solide à un monomère gazeux.
« Celui-ci peut être récupéré, purifié et reformulé en résine utilisable dans des applications avec le même niveau de performance que la résine vierge», précise Jean-François Devaux, ingénieur de recherche expert chez Arkema. Le recyclage chimique permet également aux opérateurs d’accepter de plus gros volumes, et les composites très abimés et/ou en fin de vie ne représentent pas un obstacle pour récupérer la résine. Nous pouvons ainsi garantir une circularité, avec un matériau réutilisable pour des applications multiples. » Pour les fibres de carbone ou de verre récupérées, le recyclage est également possible, mais pour des applications différentes de l’usage d’origine.
Le recyclage chimique permet également aux opérateurs d’accepter de plus gros volumes, et les composites très abimés et/ou en fin de vie. Nous pouvons ainsi garantir une circularité avec un matériau réutilisable(...)".
Les partenariats : principal moteur de l'innovation en matière de recyclage des composites
Afin de mettre en œuvre ces deux filières de recyclage à une échelle industrielle viable, Arkema travaille étroitement avec ses partenaires. S’agissant du recyclage mécanique, le projet REVEL en est à un stade avancé, avec l’élaboration par le CETIM Grand Est de sa solution technologique Thermosaïc® de recyclage des composites en résine Elium®.
Le recyclage chimique quant à lui fait l’objet de plusieurs collaborations d’envergure : le projet MMAtwo sur le recyclage des PMMA et bientôt des composites
Elium® (voir plus bas),ainsiqueleprogramme Zebra*, focalisé sur les pales d’éoliennes.
* Zebra : Zero wastE Blade ReseArch, hors-texte – Encadré MMATwo
ZOOM : le MMAtwo, qu'est ce que c'est ?
MMAtwo est un projet ambitieux qui réunit industriels et académiques autour de la mise en place d’une large filière de recyclage des PMMA . Il est financé dans le cadre du plan européen de recherche et d’innovation Horizon 2020 et comprend 13 partenaires de 6 pays différents, qui représentent tous les stades de la chaîne de valeur des PMMA. Arkema est fortement impliqué dans MMAtwo, et compte aller plus loin en proposant, toujours dans le cadre de ce projet, un démonstrateur de recyclage des composites en résine Elium®. Échéance prévue pour 2022.
Anticiper les nouveaux composites
Si les composites en Elium® en fin de vie vont arriver sur le marché dans les décennies à venir, l’industrie se mobilise dès à présent pour anticiper cette phase afin d’être prête à recevoir ces matériaux et en tirer le meilleur profit en matière de recyclage ou de réutilisation.
« En attendant leur fin de vie, nous pouvons compter sur l’arrivée de consommables en composites Elium® dès 2024-2025, avec les chutes de production issues de la fabrication des bateaux, des pales d’éoliennes..., indique Jean-François Devaux. Ils représentent 5 à 10 % de la masse des composites que vous fabriquez, et ces déchets contiennent des volumes significatifs de résine Elium®, précieuse à récupérer pour de nouvelles utilisations ». D’où l’importance de démontrer la faisabilité des procédés de recyclage aux opérateurs spécialisés, et sa viabilité économique
