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Recyclage des plastiques
Contexte et enjeux

Les matières plastiques sont largement utilisées dans de nombreux domaines : emballages, automobile, électroménager, bâtiment, agriculture, etc. On retrouve donc les déchets plastiques dans l’ensemble des filières post-consommation.

Les matières plastiques sont en général composées :

  • de différents polymères (polyoléfines, polyesters, polyuréthanes, etc.),
  • qui sont additivés : ajout de colorants, pigments, stabilisants, plastifiants, etc.).

Compte tenu de la pluralité des filières, le recyclage des plastiques reste une tâche complexe. Néanmoins, face aux quantités de plastique utilisées et à leurs perspectives de croissance importantes, l’enjeu est aujourd’hui capital.

 

Bouteilles PET © Fotolia​​​​​​​

Le recyclage mécanique des plastiques

Aujourd’hui, le recyclage se fait essentiellement via des procédés de recyclage mécanique. Ils intègrent notamment des opération de régénération (tri/surtri, lavage et/ou broyage, et/ou extrusion) pour pouvoir récupérer le(s) polymère(s) présent(s) dans les objets traités.

En fonction des cas, la matière plastique de recyclage (MPR) peut parfois être considérée comme « dégradée » par rapport aux polymères vierges équivalents en termes de propriétés intrinsèques (pureté, propriétés mécaniques, etc.).

Ces modifications sont la conséquence à la fois :

  • des procédés de production des objets plastiques (ex : ajout d’additifs),
  • et du processus de régénération lui-même (ex : modification de la masse molaire du recyclat).


Dans ces conditions, le recyclage d’un déchet en boucle dite fermée est rare :

  • la boucle fermée signifie que le polymère recyclé est utilisé pour la production du même type d’objet que celui dont il est issu,
  • une forte proportion du polymère recyclé est souvent réorientée vers d’autres boucles de recyclage, pour la production de produits à plus faible valeur ajoutée : on parle de boucles ouvertes.


​​​​​​​La filière « emballages ménagers », initiée dès les années 90, est un bon exemple de ce qui peut se faire en termes de recyclage mécanique, avec en particulier le déploiement d’infrastructures de collecte et de tri adaptées à certains plastiques. Elle concerne notamment des objets à base de polyéthylène, de polypropylène et de PET (polyéthylène téréphtalate). Ce dernier est un plastique utilisé dans la fabrication de bouteilles d'eau minérale, de boissons gazeuses et de barquettes à usage alimentaire.

Chaîne de valeur du PET : de la ressource au recyclage des déchets post-consommation
Chaîne de valeur du PET : de la ressource au recyclage des déchets post-consommation

 

Balles conditionnées dans les centres de tri
• Lavage, broyage et tri pour produire des matières premières à recycler comme les paillettes de haute pureté
• Extrusion des paillettes pour produire des granulés
• Les granulés sont ensuite réutilisés dans la plasturgie ou la production de fibres, en mélange avec les matières premières vierges, d’origine essentiellement fossile
• Ces opérations sont techniquement simples
• Elles peuvent être réalisées à petite échelle : les extrudeuses opèrent généralement entre 500 et 10 000 t/an
Les filières sont opérantes et bien développées
Extrudeuse
Extrudeuse pour recycler mécaniquement du PET
 
 

Des limitations à dépasser

Le tri : pour bien maîtriser les propriétés mécaniques du produit recyclé, il faut des flux de plastique très bien triés avec une pureté matière très élevée.

La couleur : si le plastique recyclé est coloré, il est impossible de retirer le colorant. Tout comme il est impossible de retirer les autres additifs ajoutés aux polymères vierges avant la production d’objets :  pigments, stabilisants, plastifiants, etc. La MPR est souvent grise.

La décontamination : elle dépend de la nature des plastiques, qui contiennent parfois des constituants indésirables (substances exogènes liées à leur utilisation ou à la dégradation du plastique, comme l’acétaldehyde pour le PET). Toujours dans le cas du PET, des procédés ont été mis au point pour le décontaminer. En revanche d’autres plastiques, comme les polyoléfines, peuvent très difficilement être purifiés, ce qui empêche de revenir à la qualité alimentaire.

Le vieillissement : le recyclage mécanique expose le plastique à des niveaux thermiques élevés (souvent au-delà de 200 °C), ce qui accélère son vieillissement : il n’est pas envisageable de recycler mécaniquement à l’infini les matières plastiques.
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Le recyclage chimique a un rôle à jouer pour valoriser les plastiques usagés au-delà du recyclage mécanique.

 

Apport de la chimie dans le recyclage des plastiques

Comme le recyclage mécanique, le recyclage chimique nécessite des étapes de préparation de la matière (tri ou surtri/lavage/broyage, etc.) avant traitement.
 

Différents traitements chimiques

Un plastique est souvent constitué d’un mélange de polymères et d’additifs. Le polymère est constitué de très longues chaînes moléculaires, elles-mêmes composées de briques élémentaires identiques : les monomères. En fonction de la nature de ces plastiques, le recyclage chimique peut prendre différentes formes :

  • la dissolution : elle permet d’extraire les chaînes du polymère du mélange de constituants du plastique. On utilise un solvant pour récupérer le polymère, voire le purifier. Cette méthode est utilisée pour le PVC (Poly Vinyl Chloride) et les polyoléfines,
  • la dépolymerisation : l’objectif est revenir aux monomères, qui peuvent ensuite être purifiés. Cette méthode est surtout mise en œuvre pour le PET et concerne moins de 5 % du PET recyclé aujourd’hui,
  • la conversion : elle repose sur le craquage, thermique ou thermocatalytique, des plastiques. Cette méthode ne permet pas de revenir aux monomères : elle conduit à des coupes hydrocarbonées contenant des mélanges de molécules très larges, utiles pour la production de carburants.
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Le recyclage chimique des plastiques

Le recyclage chimique permet donc de décomposer la matière plastique et de récupérer les polymères ou ses fragments, purifiés ou non des additifs en fonction des besoins et des possibilités de purification.

Techniquement, ces voies sont bien connues, mais il reste des enjeux majeurs pour les rendre soutenables à l’échelle industrielle. Elles demandent une mise en œuvre plus complexe que les procédés de recyclage mécanique et les modèles économiques restent à trouver dans un contexte compliqué, car très évolutif et hétérogène d’un pays à l’autre.
 

Des défis à relever

L’avenir du recyclage chimique dépendra de la capacité des acteurs du domaine à lever les verrous suivants :
 

  • Optimiser les procédés en fonction des charges disponibles : les matières à traiter évoluent (dans les emballages, apparition du PET opaque et des barquettes dans les gisements de plastiques recyclés, extensions des consignes de tri, etc.) et il faut s’assurer :
    • de la qualité des gisements à traiter,
    • des coûts de la ressource,
    • des quantités disponibles,
    • des filières en place.
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  • Adapter les procédés aux cibles produits : les produits issus du recyclage doivent respecter les spécifications du marché, aussi il est indispensable de prendre en compte :
    • la valeur du produit en fonction de sa qualité,
    • et le coût des mises aux spécifications du produit, associées à sa valeur,
    • recycler dans des conditions économiquement soutenables : en fonction du coût des charges et des coûts de transformation, et en l’absence aujourd’hui de mécanismes incitatifs, le coût du produit doit être compétitif avec celui du produit issu des matières vierges,
    • réduire les coûts de production en privilégiant, si la ressource est disponible en quantité suffisante, une échelle de recyclage importante.
       

Pour développer le recyclage chimique, il faut :
•  bien identifier le besoin et la position de la solution technologique dans la chaîne de valeur,
•  réaliser des tests sur des unités dédiées,
• des investissements pour soutenir la R&D et les pilotes de démonstration.

Exemple conversion de plastiques
​​​​​​​Une capacité de production plus importante permet de réduire les coûts de transformation des gisements plastiques en coupes pétrolières : si la valeur du produit final est limitée, une échelle de production conséquente permet de réduire le coût du recyclage chimique.
Contrairement au recyclage mécanique, il faut en général viser des unités de production avec des tailles supérieures à 10 ou 20 kt/an sur des marchés de faible valeur ajoutée. Or compte tenu de la dispersion des gisements et des coûts de transports, des unités de taille supérieure à 40-50 kt/an auront sans doute du mal à trouver des approvisionnements.
La taille des installations en lien avec la rentabilité économique est un vrai défi pour développer le recyclage chimique des plastiques.

 

Le développement d’un procédé demande de 5 à 10 ans avant d’arriver au démarrage de la première unité industrielle. Le coût d’une unité est, très grossièrement, de l’ordre de 1 M€ pour 1 000 tonnes de plastique converti. On compte actuellement plus de 25 Mt de déchets plastiques produits annuellement en Europe.

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Contacts

Slavik Kasztelan

  • Responsable des programmes : "Biomasse vers chimie" et "Pétrochimie".

Thierry Gauthier

  • Responsable Prospective économie circulaire, direction Incubation PME