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Christophe PREUX

Chef de département, physico-chimie des fluides et matériaux complexes
Christophe Preux est diplômé de l’école d’ingénieur MATMECA (+ DEA mathématiques appliquées) (2003) avant de réaliser sa Thèse de doctorat à Université Bordeaux 1 en partenariat avec le CEA-CESTA
Enjeux et prospective

Tout savoir sur le recyclage du plastique

Le plastique fait partie intégrante de notre quotidien et de nos habitudes de consommation et continue d’être produit en grande quantité, causant toujours plus de déchets. Une situation complexe qui provoque diverses réactions réglementaires à travers le monde. En France et en Europe, la règlementation met la priorité sur les principes de l’économie circulaire, parmi lesquels le recyclage occupe une place de choix. Cependant, face aux limites du recyclage mécanique majoritairement utilisé aujourd’hui, les regards se tournent désormais vers le recyclage chimique.
 

 

Ronds de bouteilles en plastiques alignés

 

Climat, environnement et économie circulaire
Innovation et industrie

Climat, environnement et économie circulaire

De nouvelles thématiques de R&I, tirées par les marchés de la transition énergétique et de l’économie circulaire, font aujourd’hui leur apparition. La pluridisciplinarité des chercheurs d'IFPEN est capitalisée au sein de projets portant sur des domaines aussi divers que le captage/stockage du COou le recyclage des plastiques, répondant aux problématiques des industriels. 
 

Recyclage des plastiques
Innovation et industrie

Recyclage des plastiques

Recyclage des plastiques
Contexte et enjeux

Les matières plastiques sont largement utilisées dans de nombreux domaines : emballages, bâtiment, automobile, électroménager, agriculture, etc. Leur production, en augmentation constante, a pour corollaire une quantité elle aussi croissante de déchets plastiques.

L’enjeu environnemental que ces déchets représentent, ainsi que les attentes sociétales liées à leur élimination, impactent fortement la pétrochimie mondiale. En effet, de plus en plus d’Etats mettent en place des législations favorisant le tri et le recyclage des matières plastiques. La Directive européenne Packaging and Packaging Waste Directive préconise par exemple de recycler 55 % des emballages plastiques d’ici à 2030, tandis que la France favorise le recyclage dans le cadre d’une règlementation particulièrement ambitieuse en faveur d’une économie circulaire. A ce titre, le recyclage mécanique ou chimique des plastiques devrait prendre une part de plus en plus importante.

Fort de plusieurs solutions, le recyclage chimique est en mesure de compléter le recyclage mécanique en transformant les déchets plastiques en des matières premières secondaires. Ces dernières sont ensuite réintroduites à différentes étapes du processus de production du plastique selon des circuits plus ou moins courts. 
 


Dans le cadre de sa priorité stratégique « Climat, environnement et économie circulaire », IFPEN a pour objectif d’être présent sur les différentes boucles de recyclage chimique via le développement de solutions technologiques durables pour permettre de transformer les déchets plastiques en matières polymères recyclées d’excellente qualité.
 

Sur la base des compétences mutualisées de partenariats, IFPEN développe des technologies de recyclage chimique éprouvées et viables économiquement afin de :
- pouvoir traiter, en complément du recyclage mécanique, presque tous les types de plastiques ;
- offrir des solutions aux industriels pour répondre aux attentes croissantes de la société en matière de réduction des déchets plastiques conformément aux politiques publiques relatives à l’économie circulaire.

 

Nos solutions Nos réseaux Nos atouts

 

Recyclage des plastiques
Innovation et industrie

Nos solutions

Recyclage des plastiques
Nos solutions

 

Dès les années 1990, lors de l’essor du PET comme matériau pour les emballages alimentaires, IFPEN a mené de premiers travaux sur le recyclage par dépolymérisation. Mais les technologies de recyclage mécanique ont à cette époque pu répondre aux besoins de la filière.

En 2013, à la suite de l’émergence de nouveaux enjeux français et européens en matière d’économie circulaire, IFPEN s’est de nouveau intéressé au recyclage des plastiques. En réponse aux limitations du recyclage mécanique et aux attentes des acteurs de la filière, ses équipes se sont appuyées sur leurs compétences historiques pour instruire et développer de nouvelles solutions :
 

Notre expertise en chimie et dans le développement de procédés nous permet de nous positionner légitimement sur le recyclage chimique, dont les perspectives de développement, en complément du recyclage mécanique, sont réelles pour certains types de plastiques.

Alexandra Chaumonnot, chef de projet Recyclage du PVC, IFPEN 

 

Les différentes solutions examinées par IFPEN couvrent l’ensemble des trois boucles possibles associées au recyclage chimique. Elles sont choisies en fonction de la nature, de la qualité et de la quantité des flux de plastiques à traiter – ce point étant intimement lié aux filières de collecte et de tri mises en place – de façon à réintroduire les produits obtenus après transformation à l’étape la plus judicieuse du processus d’obtention des matières plastiques. 

Une étape clef pour la concrétisation de ces solutions est la mise en place de partenariats avec les acteurs des filières concernées, notamment pour accéder le plus rapidement possible aux phases de démonstration puis d’industrialisation, afin de préparer la mise sur le marché de ces nouvelles technologies. 

Après plusieurs étapes de validation, un procédé de recyclage par dépolymérisation, qui consiste à revenir au monomère de base, est désormais en passe d’être démontré à l’échelle industrielle en vue de sa commercialisation. Un travail de recherche concluant que les équipes IFPEN souhaitent élargir à d’autres procédés liés aux autres boucles du recyclage chimique. Ainsi, la dissolution permet de recycler suivant le circuit le plus court, car elle extrait tous les additifs pour revenir à un polymère purifié.

La conversion, quant à elle, recycle selon un circuit plus long, car les déchets plastiques sont d’abord décomposés en une matière première liquide ou gazeuse (coupes hydrocarbures) qui est réintégrée plus en amont dans la chaîne de production (au niveau de la raffinerie ou du complexe pétrochimique) avant de servir à la production de carburants ou de produits chimiques dont font partie les plastiques. 

L’ensemble des solutions envisagées couvre deux axes stratégiques complémentaires. En effet, dissolution et dépolymérisation ont pour objectif l’obtention de produits (polymères et monomères) à forte valeur ajoutée sur la base de boucles courtes (favorables en termes d’ACV), ce qui implique de traiter des déchets plastiques spécifiques (flux bien triés) et de développer les technologies ad hoc. Par ailleurs, la conversion, bien que plus longue dans son processus, permet de traiter des plastiques en mélange (voire complexes), conséquents en termes de quantité et compatibles avec les procédés éprouvés en raffinage/pétrochimie.
 

PURIFICATION DES POLYMÈRES PAR DISSOLUTION DES PLASTIQUES

Nos travaux portent sur le recyclage de plastiques par dissolution : la dissolution par ajout d’un solvant permet en effet d’isoler et de purifier le polymère sans dépolymériser, ce qui est intéressant, particulièrement dans une optique d’optimisation des ACV

Alexandra Chaumonnot, chef de projet Recyclage du PVC, IFPEN
 

DÉPOLYMÉRISATION DU PET

Quels sont les usages du PET ? Quels défis pour son recyclage ?

Le polyéthylène téréphtalate - ou PET - est usuellement produit à partir de matière fossile, via la synthèse d'un acide qui, couplé à un alcool, conduit à un monomère. Le polymère produit est notamment utilisé pour la fabrication de bouteilles d'eau minérale ou de boissons gazeuses incolores et transparentes. Le PET est aussi, de plus en plus, constitutif de contenants opaques comme les bouteilles de lait, les flacons cosmétiques ou les produits ménagers.

Le PET à l’échelle mondiale représente environ 90 millions de tonnes par an (Mta) : 30 % pour les emballages et 70 % pour le textile. 

En Europe, la consommation de résines PET pour la production d'emballages représentait un peu plus de 4 Mt en 2018.

Aujourd’hui, le recyclage mécanique en boucle fermée – c’est-à-dire permettant de produire à nouveau des contenants recyclables pour les mêmes applications - donne satisfaction pour les bouteilles en PET transparent et incolore. En revanche, le PET transparent coloré, généralement trié en mélange avec de l'opaque, ne peut être retourné à son application d'origine. Au mieux, le PET coloré ou opaque est recyclé en boucle ouverte pour d'autres usages comme les fibres techniques, les textiles non tissés ou les strapping
 

Recyclage mécanique du plastique PET coloré et opaque en boucle ouverte
Recyclage mécanique du plastique PET coloré et opaque en boucle ouverte 

 

On estime que seulement 1 emballage rigide sur 10 en PET redevient un emballage rigide après recyclage mécanique.

Une technologie de recyclage chimique, parce qu’elle permet de refermer la boucle après collecte des emballages colorés et opaques, peut venir en complément des procédés mécaniques en s'affranchissant de leurs limitations.

Dans ce cadre, le groupe IFPEN a développé un procédé de dépolymérisation par glycolyse, dépigmentation et décoloration : Rewind™ PET. 
 

Recyclage chimique complémentaire du plastique PET coloré et opaque en boucle fermée
Recyclage chimique complémentaire du plastique PET coloré et opaque en boucle fermée


Le projet, lancé en 2015, a franchi une à une les étapes de validation avant l’extrapolation à l’échelle industrielle, en s’appuyant sur des technologies éprouvées et les compétences métiers d’IFPEN :
•    à l’échelle du laboratoire : conduite de la preuve de concept des éléments clés du procédé ;
•    à l’échelle intermédiaire : étude des rendements et de la qualité du produit obtenue dans des conditions opératoires optimisées, à partir de plusieurs dizaines de kilos de paillettes de PET collectées dans des usines de régénération françaises et très concentrées en PET opaque ; 
•    à chaque étape : identification des composés présents et des mécanismes mis en jeu ;
•    avec in fine l'évaluation de la viabilité économique du procédé

Frédéric Favre, chef de projet Procédé de recyclage du PET, IFPEN


Le procédé Rewind™ PET permettra de recycler tous les déchets PET. Il consiste dans un premier temps à dépolymériser des paillettes de PET coloré et opaque. Cette opération aboutit à l’obtention d’un milieu comportant le monomère en mélange avec des pigments et des colorants. Dans un deuxième temps, le monomère obtenu est purifié, c’est-à-dire débarrassé de ses pigments et colorants.

Le principal défi, la purification, réside dans l'action d’isoler le monomère en mélange avec les colorants et les pigments avec une pureté suffisante. C’est en effet à cette seule condition qu’il peut être de nouveau utilisé dans une usine de PET pour produire tout type de PET, y compris pour une application alimentaire. 
 


Quelle est la maturité technologique du procédé Rewind™ PET ?

Il s’agit aujourd’hui de valider l'extrapolation de l'ensemble du procédé à l'échelle industrielle. Dans ce cadre, IFPEN, Axens et Jeplan - entreprise japonaise également engagée dans le recyclage par dépolymérisation - mettent en commun leurs connaissances opérationnelles, d'ingénierie et technologiques. 

Les partenaires ont signé en 2020, un accord de développement et de commercialisation afin de développer, démontrer et commercialiser ce procédé innovant. Ils visent la commercialisation exclusive par Axens du procédé Rewind™ PET à l’échelle mondiale d'ici fin 2022.
 

CONVERSION DES PLASTIQUES VERS LES COUPES PÉTROLIÈRES 

La conversion repose sur le craquage, thermique ou thermocatalytique, des plastiques. A la différence de la dépolymérisation, cette méthode permet de revenir, en amont du monomère, à des coupes hydrocarbonées destinées à être traitées via des procédés industriels de raffinage et de pétrochimie (vapocraquage par exemple). Ces intermédiaires chimiques peuvent ensuite servir, à la place de matières premières d’origine fossile, à fabriquer des monomères puis des polymères. 

Rewind™ Mix : un procédé pour favoriser la production de plastiques recyclés

Les projets d’IFPEN portent sur la conversion du plastique par pyrolyse. En 2021, les travaux dans ce domaine ont abouti au développement, en partenariat avec Repsol et Axens, du procédé RewindTM Mix qui purifie les huiles de pyrolyse de plastiques permettant leur traitement direct dans les usines pétrochimiques existantes pour la production de plastiques recyclés.
 

Nous avons mis au point, avec nos partenaires Repsol et Axens, un procédé pour la purification des huiles de pyrolyse de déchets plastiques. Le traitement des impuretés qu’elles contiennent, comme le silicium, les composés chlorés, les dioléfines et les métaux, va permettre l’utilisation directe et non diluée de ces huiles dans les installations de vapocraquage existantes. Ce traitement permettra ensuite la production d’intermédiaires chimiques qui serviront de base pour la synthèse de plastiques recyclés. Le procédé Rewind™ Mix a été mis au point dans les installations de Repsol et d’IFPEN avec des essais pilotes approfondis sur des huiles de pyrolyse de haute qualité. Nous allons poursuivre nos travaux pour adapter cette technologie à des charges plus difficiles afin d’aller plus loin dans le recyclage chimique des plastiques.

Wilfried Weiss, chef de projet Purification des pyrolysats de plastiques, IFPEN


 

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Nos réseaux

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Nos réseaux

 

AxeleraPôle de compétitivité Axelera
La thématique du recyclage chimique des plastiques est un axe important du pôle de compétitivité Axelera, dont IFPEN est membre fondateur.

 

 

Petcore Europe Logo Petcore Europe
Association, basée à Bruxelles, représentant la chaîne de valeur complète du PET en Europe 

 

AC2R  http://www.2acr.eu/
L’Association alliance chimie recyclage a pour objet de partager une vision commune et montrer une communauté d’objectifs, pour représenter et promouvoir le recyclage, entre autres, de matières high tech, de matières plastiques, etc. dans des cycles de vie les plus courts possible et les plus inclus dans le territoire.
 

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Nos atouts

Recyclage des plastiques
Nos atouts

IFPEN s’appuie sur ses compétences métier variées et historiques pour les appliquer au recyclage chimique des plastiques : 
•    chimie et génie chimique,
•    catalyse (homogène, hétérogène),
•    analyse,
•    génie des procédés,
•    dimensionnement des unités pilotes.

En effet, ces compétences ont été éprouvées au travers de l’expérience d’IFPEN en développement de procédés. Citons en particulier les unités de catalyse homogène développées par l'équipe d'Yves Chauvin

Les équipes IFPEN associent une maîtrise complète de la chaîne de développement, du laboratoire jusqu’au démonstrateur, à une approche technico-économique qui intègre la dimension Analyse de cycle de vie.