Depuis leur apparition à la fin du XIXème siècle, les matériaux plastiques se sont peu à peu imposés comme des acteurs de notre vie quotidienne. Si leurs avantages sont indéniables, les préoccupations quant à leur devenir en fin de vie sont en revanche de plus en plus présentes. Ainsi, en parallèle de leur réduction à la source, le recyclage de ces matériaux polymères s’affiche aujourd’hui comme un enjeu environnemental majeur. Parmi les différentes solutions possibles, le recyclage chimique par purification permet de revenir à un polymère vierge, exempt d’additif ou autre impureté, via une opération de dissolution et de précipitation. IFPEN a d’ores et déjà engagé plusieurs travaux de recherche dans cette voie pour le recyclage de deux polyoléfines, le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP), qui représentent à eux seuls plus de la moitié des emballages plastiques produits dans le monde.
Développer un procédé de recyclage par dissolution permettant de traiter toutes les charges1;constitue une tâche ardue et un sujet de recherche de longue haleine. Une condition pour être en mesure de suivre les étapes de dissolution et précipitation est déjà de progresser dans la description des matières constituant ces charges.
1 Polymère que l’on introduit dans le procédé de recyclage : dans notre cas : PE et des PP, seuls ou en mélange, provenant de différents objets collectés en centre de tri
Aussi, dans le cas du recyclage des polyoléfines, il est important de caractériser en continu les charges concernées, compte-tenu de leur variabilité ainsi que de la diversité des solvants et des conditions opératoires pouvant être mises en œuvre pour le recyclage. Les techniques spectroscopiques présentent alors un potentiel important car elles sont rapides, non destructives, sensibles aux propriétés chimiques (mais aussi physiques) et elles sont facilement implémentables en ligne.
Dans le cadre de travaux de thèse réalisés à IFPEN [1], plusieurs dissolutions/précipitations de PP et de PE ont été réalisées à différentes températures, avec différents solvants et différentes conditions opératoires (avec ou sans agitation, en présence ou non d’oxygène). Toutes ces opérations ont été suivies in situ par spectroscopies proche infrarouge (SPIR) et Raman (exemple du PP figure 1). En parallèle, des prélèvements ont été effectués en vue d’étalonner ces suivis en ligne et donc de pouvoir déterminer les caractéristiques du milieu réactionnel2 en temps réel.
2 Typiquement le taux de dissolution et la masse molaire
Grâce à ces actions, une base de données contenant des spectres et les caractéristiques du milieu réactionnel a été constituée, permettant le développement des modèles de prédiction chimiométriques3. Une force d’un des modèles développés est qu’il n’est pas dépendant de la variabilité des polymères issus des centres de tri, ni de celle des solvants. Ainsi, grâce à cette avancée, il est désormais possible de suivre en ligne l’évolution du taux de dissolution puis de précipitation de PP [2] et de PE, quels que soient la charge concernée et le solvant utilisé.
3 Ces modèles utilisent des outils mathématiques pour relier des données mesurées (comme les spectres) à des résultats connus (ex. une concentration). Une fois entraînés, ils prédisent ces résultats pour de nouveaux échantillons.
De plus, dans le cadre de ce travail, les techniques spectroscopiques ont également permis de suivre in situ le taux de dégradation d’un PP via l’évolution de sa masse molaire [3]. Ceci est un gain supplémentaire pour l’optimisation et le pilotage du procédé (température, temps de séjour).
Ces modèles peuvent être utilisés pour accompagner le développement du procédé de recyclage chimique des polymères, en évaluant l’impact des paramètres opératoires sur la dissolution et la précipitation des différentes polyoléfines.
‘en rouge’ dans le xylène, ‘en bleu’ dans la décaline, ‘en vert’ dans le décane et ‘en violet’ dans le tétra chlorobenzène.
La figure montre que 10% de PP se dissolvent plus rapidement dans le xylène que dans les 3 autres solvants de l’étude. Ceci illustre l’intérêt du suivi en ligne pour l’optimisation du procédé, en l’occurrence le choix du solvant.
Références :
- Thèse de Sofiane Ferchichi « Méthodes spectrales pour le suivi en ligne de procédés de recyclage de polyoléfines par dissolution-précipitation »
- S. Ferchichi et al., "In situ dissolved polypropylene prediction by Raman and ATR-IR spectroscopy for its recycling," Analytical methods : advancing methods and applications, vol. 16, no. 19, pp. 3109–3117, 2024,
>> DOI: https://www.doi.org/10.1039/d4ay00667d
- S. Ferchichi, N. Sheibat-Othman, O. Boyron, S. Norsic, M. Rey-Bayle, and V. Monteil, "Monitoring Polypropylene Chain-Scission for Dissolution-Based Recycling by In Situ Near Infrared and Raman Spectroscopy", Macromolecular rapid communications, e2400748, 2025,
>> DOI: https://www.doi.org/10.1002/marc.202400748
Contact scientifique : Maud Rey-Bayle