Les matériaux composites sont-ils recyclables ?

Environnement

Aéronautique, automobile, éolien, sport, loisirs... Les matériaux composites ont peu à peu trouvé leur place dans de nombreux secteurs de l'industrie. Et la quantité de déchets associée à ces matériaux va grandissante. Pour limiter leur impact environnemental, des solutions pour recycler les matériaux composites doivent être mises en œuvre.

Les matériaux composites sont-ils recyclables ? En théorie, la réponse est simple. C'est oui. Car il sera toujours possible de leur imaginer de nouveaux usages. Mais dans la pratique, se pose la question de l'utilité de ces nouveaux usages, de l'efficacité des solutions techniques et de la viabilité économique du modèle.

Rappelons avant tout que le propre d'un matériau composite est d'être constitué d'au moins deux composants :

  • une matrice qui peut être céramique (carbone, carbure de silicium, etc.) ou métallique (aluminium, magnésium, etc.), mais la plupart du temps organique (résines polyester, résines phénoliques, polyamide, etc.)?;
  • un renfort (fibres de verre, fibres de carbone, fibres végétales, etc.).

À cela peuvent être ajoutés des charges et/ou des additifs divers. De par sa conception donc, un matériau composite est hétérogène et de structure complexe. D'un point de vue technique, recycler un matériau composite semble difficile et l'équation économique de l'opération apparaît complexe. D'autant qu'aujourd'hui encore, les volumes des composites en fin de vie restent relativement faibles comparés à d'autres matériaux (plastique, acier...). Mais à y regarder de plus près, il apparaît des perspectives de recyclage différentes en fonction de la nature du matériau composite considéré.

Le traitement en fin de vie des matériaux composites à renforts en fibres naturelles n’est pas maîtrisé. Leur recyclage mécanique pose des problèmes techniques, car les renforts végétaux supportent mal les hautes températures et les cisaillements subis au cours du processus. © Anatol, Fotolia

Le traitement en fin de vie des matériaux composites à renforts en fibres naturelles n’est pas maîtrisé. Leur recyclage mécanique pose des problèmes techniques, car les renforts végétaux supportent mal les hautes températures et les cisaillements subis au cours du processus. © Anatol, Fotolia

Des techniques de recyclage en fonction de la nature des matériaux composites

Le marché est aujourd'hui largement dominé par les composites à matrice organique. Et dans cette catégorie, ce sont malheureusement les composites thermodurcissables qui tiennent une place prépondérante. Malheureusement, car en matière de recyclage, les résines thermodurcissables ne sont pas les plus simples à opérer. Par définition, elles subissent, au moment de leur mise en forme et sous l'effet de la température, une polymérisation irréversible, devenant définitivement dure. Plusieurs options s'offrent alors aux industriels pour traiter les produits en fin de vie :

  • l'incinération avec production d’énergie, thermique notamment, et qui reste aujourd'hui la seule solution économiquement viable et encore plus dans le cas de renforts en fibres de verre?;
  • le recyclage mécanique?;
  • le recours à des solutions innovantes.

Le recyclage mécanique consiste à broyer le matériau et à récupérer des broyats qui pourront ensuite être intégrés à une matrice polymère. Dans certains cas, lorsque le matériau issu du recyclage est destiné à une application à haute valeur ajoutée, cette solution se révèle économiquement intéressante.

Le recours à des solutions innovantes semble, quant à lui, ne vouloir concerner pour l'heure qu'une part des composites thermodurcissables. Ceux dont les renforts sont constitués de fibres de carbone, car les fibres neuves coûtent cher. La pyrolyse de ces composites permet, par exemple, de récupérer des fibres de carbone réutilisables. Mais la matrice polymère, brûlée, est perdue dans l'opération. D'autres explorent des pistes différentes comme la dissolution sélective des constituants du composite par solvolyse ou l'utilisation de catalyseurs acides pour rompre les liaisons entre atomes dans les résines thermodurcissables.

Mais dans la catégorie des composites à matrices organiques, il y a aussi les composites thermoplastiques qui pourraient bien plus aisément entrer dans la catégorie des composites recyclables. Par nature, ceux-ci sont en effet faciles à refondre. Une technique dite thermomécanique consiste par exemple à agglomérer des broyats de composites thermoplastiques en plaques aux caractéristiques techniques proches de celles de composites originaux. Une autre stratégie envisage de dépolymériser les résines pour en extraire le monomère qui constituait, à la base, la matrice du composite. Des techniques qui rendront les composites recyclables, mais qui sont encore en phase de développement.


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