Le recyclage des matériaux est un enjeu mondial dicté par des objectifs environnementaux et confrontés aux règles nécessaires au contrôle des risques et des conflits. Le secteur a débuté récemment sa mutation face aux volumes à traiter qui se chiffre en millions de tonnes et dont les savoirs sont insuffisants, sauf pour l’eau.

La notion de recyclage des métaux est l’axe le plus important pour disposer des matières premières importées. Cependant, la complexité des alliages ou des objets conçus (panneau photovoltaïque, batteries, circuits électroniques verres, papier, textiles complexes, aimants permanents, câbleries) imposent en fait pour chaque produit une démarche scientifique innovante de type génie chimique ou génie de bio engineering encadrée par les aspects économiques et environnementaux.

En fait, le recyclage est une nouvelle discipline de nos activités industrielles mais sans création de valeur et très complexe à gérer sur le plan de sa position stratégique et environnementale. Elle apparait coûteuse et elle exige des subventions pour exister et éviter la mise en décharge traditionnelle peu coûteuse.

Cette discipline permet le recyclage des matériaux déjà employés mais elle présente un bilan carbone négatif face à nos désirs contradictoires.

Aussi dans le cadre de ce colloque, je présenterai le cas de matériaux récents en fort développement tels que les panneaux photovoltaïques et les batteries et enfin l’emploi de la biotechnologie pour le recyclagedes terres rares.

Le recyclage efficace de produits nécessite un travail de design qui, en plus du travail sur des matrices intrinsèquement recyclables, peut être facilité par des additifs, des adhésifs et des revêtements appropriés.

Après une présentation générale sur des solutions proposées par Arkema, le cas particulier du recyclage des pales d’éoliennes sera abordé.

Constellium est un leader mondial du développement et de la fabrication de produits et de solutions en aluminium à haute valeur ajoutée pour un large éventail de marchés et d’applications, se concentrant en particulier sur l’aérospatiale, l’automobile et l’emballage. La protection de l’environnement, la santé et la sécurité (ESS) sont les premières priorités de l’entreprise avec des objectifs précis à horizon 2030 [1] en termes de réduction de ses émissions de gaz à effet de serre (‐30% en intensité vs. 2021) et d’augmentation de sa consommation d’aluminium recyclé (50% du total).

Pour atteindre ces objectifs, le processus de recyclage de l’aluminium est clé. Il consiste simplement à refondre le métal, ce qui est beaucoup moins énergivore que la production d’aluminium primaire à partir du minerai de bauxite. Le recyclage ne nécessite que 5% de l’énergie nécessaire à la production d’aluminium primaire. De plus, il permet la récupération des déchets d’aluminium usagé en évitant leur accumulation, contribue à préserver les ressources et diminue fortement les émissions de GES.

La canette en aluminium est un parfait exemple de l’économie circulaire : elle se recycle très bien et retrouve sa place dans les rayons en seulement 60 jours, avec un taux de recyclage des canettes de boisson de l’ordre de 80% en Europe. Les usines de Constellium disposent d’importantes capacités de recyclage et la construction d’un nouveau centre de recyclage de 130 millions d’euros sur le site de l’usine française de Neuf‐Brisach (Alsace) a débuté en novembre 2022. Cet investissement augmentera notre capacité de recyclage de produits automobiles et d’emballages jusqu’à 75%, soit plus de 130000 tonnes supplémentaires.

En parallèle, Constellium cherche à stimuler le recyclage de quatre manières distinctes :

• en travaillant avec les parties prenantes pour améliorer les taux de collecte des déchets ;
• en collaborant avec des partenaires pour améliorer l’efficacité des techniques de tri ;
• en créant avec les clients des boucles fermées de recyclage plus performantes ;
• en élargissant la gamme de déchets acceptables pour le recyclage, notamment en développant des alliages et des procédés plus tolérants à la matière recyclée.

La capacité à absorber des déchets existants et variables ainsi que l’aptitude à être recyclé deviennent, au même titre que les propriétés, des critères à prendre en compte dès la conception d’un nouvel alliage d’aluminium. La plupart des compositions d’alliages utilisées aujourd’hui ont été développées il y a plusieurs dizaines d’années, alors que la prise de conscience de l’impact des activités de l’homme sur la nature n’était pas aussi forte qu’aujourd’hui. Avec les problématiques de développement durable, c’est une nouvelle métallurgie qui est en train de voir le jour, riche de nombreux sujets de recherche[2]. On peut citer en exemple la nécessité de développer des alliages capables d’absorber les déchets issus des blocs moteurs des voitures thermiques en fin de vie dont le nombre (et donc le besoin matière) est amené à décroitre avec l’électrification du parc automobile.

Références :
1‐ Constellium sustainability report 2022
2‐ D. Raabe, The science of “dirty” alloys, Progress in Materials Science, 2022

Les terres rares (TR) sont les éléments chimiques du tableau périodique compris entre le lanthane et le lutétium. Elles se divisent en TR légères (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm) et TR lourdes (Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Les TR légères et lourdes représentent respectivement 98% et 2% des TR des minerais.

Grâce à leurs configurations électroniques, les TR possèdent de nombreuses propriétés (magnétiques, redox, optiques et physiques) qui les rendent uniques. Grâce aux propriétés magnétiques, les aimants permanents à base de TR sont les plus performants, tant en force magnétique qu’en stabilité (température maximale d’utilisation).

Ces aimants se retrouvent dans beaucoup d’applications comme les moteurs électriques (véhicules électriques ou éoliennes), les pompes, les compresseurs, les climatiseurs et les équipements électroniques et robotiques. Actuellement, 70 à 80% des véhicules électriques et 100% des éoliennes « offshore » fonctionnent grâce aux aimants à TR. L’indispensabilité des TR dans ces applications essentielles pour le développement de la mobilité verte, la transition énergétique et le développement digital, justifie leur classement comme matériaux critiques et stratégiques pour l’Europe dans le « Critical Raw Materials Act » publié en mars 2023.

Solvay a au coeur de sa vision et de sa stratégie le développement de solutions durables pour accomagner la transition énergétique, la mobilité verte et lutter contre le réchauffement climatique. Forte de ses décennies d’expertise dans le domaine de l’approvisionnement, la séparation, la purification et la formulation de produits complexes et sur mesure à base de TR, « Solvay Terres Rares » contribue à la stratégie du groupe mais aussi à celle de l’Europe grâce au lancement d’un projet en 2022 visant à produire en France les TR purifiées et nécessaires au marché des aimants permanents, de l’hydrogène, de l’électronique et du médical. Dans le cadre de ce projet, un de nos objectifs est de sécuriser l’accès à ces TR. En raison des quantités limitées d’aimants à recycler actuellement, deux stratégies complémentaires d’approvisionnement sont appliquées :

• Le développement de partenariats avec des mines hors Chine pour s’approvisionner de TR d’une façon durable et responsable. Cet approvisionnement hors Chine contribue à la politique Européenne de regain de la souveraineté de l’Europe vis‐à‐vis de l’accès aux matériaux critiques et stratégiques, aujourd’hui centralisé en Chine pour les TR.
• Le recyclage des aimants issus des équipements en fin de vie, une mine urbaine dont l’exploitation contribuera à la préservation des ressources naturelles.

Dans cet exposé, nous focaliserons sur le recyclage des TR et en particulier des TR issues des aimants. Nous montrerons que les TR recyclées présenteront les mêmes performances que celles des TR primaires.

Chez Michelin, notre vision de l'économie circulaire se décline en 4 volets : Réduire, Réutiliser, Recycler et Renouveler. En matière de recyclage, nous investissons en R&D pour trouver des solutions de valorisation des pneus en fin de vie non réutilisables.

Aujourd'hui, plus de la moitié des pneus européens en fin de vie sont exportés. Ce n'est clairement ni souhaitable ni durable. Mais si on regarde le côté positif de cette situation, cela veut dire qu’il y a là, dans ces pneus exportés, une source importante de matière à réutiliser. Mais encore faut‐il savoir extraire de cette matière des nouvelles matières premières de haute qualité que l’on peut réincorporer dans des pneus neufs. Haute qualité, car le pneu est un objet extrêmement technique qui est finalement le seul point de contact entre la route et votre véhicule. Il doit garantir un haut niveau de sécurité tout en ayant une longévité kilométrique élevée et une résistance au roulement basse (directement liée à la consommation de carburant ou l’autonomie kilométrique des véhicules). Impossible donc de prendre le pneu en fin de vie et de le réintroduire comme cela dans un pneu neuf.

Il faut donc développer des technologies permettant d'extraire ces matières premières secondaires issues des pneus en fin de vie. Ceci est plus complexe qu'il n'y paraît et implique une exploration à travers l'ensemble de l'écosystème.

C’est pour cette raison que Michelin a choisi d’être coordinateur de projets Européens (Blackcycle et WhiteCycle) cofinancés par l’Europe, rassemblant les acteurs de l’ensemble de l’écosystème, allant de la collecte des pneus usagés à la réincorporation dans des pneus neufs de matières premières issues d’une série de transformations successives.

TotalEnergies a pour ambition de contribuer au développement de l’économie circulaire des plastiques et de produire 30 % de polymères recyclés et renouvelables d’ici 2030.

Deux voies technologiques sont considérées pour le recyclage des plastiques. Le recyclage mécanique consiste en la reformulation et la remise en forme de déchets plastiques collectés et triés selon essentiellement leur nature. Cette technologie peut être considérée comme mature mais fait l’objet d’amélioration continue pour viser des applications très exigeantes en termes de qualité et de performances.

Beaucoup de déchets plastiques ne peuvent pas être traités par recyclage mécanique car leur composition est trop complexe (multimatériaux difficilement séparables) et les efforts pour les valoriser par recyclage mécanique seraient vains. La voie préférée est alors le recyclage chimique qui permet de reformer les briques élémentaires moléculaires plus facilement séparables et valorisables permettant de reformer de nouveaux plastiques de la plus haute qualité. Cette voie est encore peu développée à l’échelle industrielle mais croit rapidement et offre de fortes perspectives en termes de volumes de déchets plastiques revalorisés. Elle permet aussi d’adresser les requis des domaines applicatifs les plus exigeants comme plus particulièrement l’aptitude au contact alimentaire pour les plastiques destinés à l’emballage.

C’est par leur complémentarité que les deux voies technologiques de recyclage permettront de traiter l’ensemble des déchets plastiques. Pour réaliser son ambition TotalEnergies s’engage donc à la fois à continuer à améliorer le recyclage mécanique et à développer le recyclage chimique.

La pyrolyse des déchets plastiques est actuellement la voie la plus répandue de recyclage chimique. Elle est notamment poursuivie par TotalEnergies dans son projet industriel à Grandpuits (France). Cette technologie de traitement thermique permet d’obtenir une huile de pyrolyse qui sera incorporée dans des unités industrielles de production de monomères. Les challenges techniques de ce schéma de procédé sont liés à la composition de l’huile de pyrolyse (sélectivité de la réaction de conversion des plastiques) et à la présence de certains contaminants dans les charges de départ. Ces deux aspects impactent fortement les performances des étapes de procédé en aval de la pyrolyse. Des étapes intermédiaires de traitement des huiles de pyrolyse sont donc à considérer. L’enchainement de plusieurs étapes thermochimiques peuvent toutefois avoir un effet négatif sur le bilan carbone du procédé. L’analyse du cycle de vie est donc un autre challenge du recyclage chimique.

Pour relever ces challenges et continuer à adresser de plus larges volumes de déchets plastiques complexes il est nécessaire de développer des solutions innovantes, de nouvelles technologies complémentaires ou alternatives à la pyrolyse conventionnelle. C’est ce que font les équipes R&D de TotalEnergies avec un focus tout particulier sur les technologies et schémas procédés les plus prometteurs en termes de bilan énergétique, sélectivité et rendement monomérique. De multiples partenariats sont engagés afin d’identifier au plus tôt les opportunités de développement et d’accélérer la réalisation des ambitions.

Le verre est un matériau utilisé depuis l’Antiquité. Utilisé sous différentes formes, plat, bouteilles, fibres, etc., il fait partie de notre quotidien et il se retrouve partout.

Le verre plat est le verre utilisé pour les fenêtres et les portes mais aussi pour les voitures. Il est souvent transformé avant son utilisation finale : application de couche pyrolytiques, trempe, miroir, bombage, feuilletage, mais il provient toujours du même produit initial, une plaque de plusieurs mètres carrés. Il est symbole de transparence et de pureté et les attentes en termes de qualité et de défauts, sont extrêmement élevées.

Né de la fusion de matières premières essentiellement naturelles, sa fabrication tout comme la plupart des produits industriels n’est pas neutre pour l’environnement. Cependant sa particularité est d’être recyclable à l’infini. Il s’inscrit donc naturellement dans un projet d’économie circulaire. Bien développées pour les bouteilles, les filières de recyclage pour le verre plat sont cependant moins matures.

Ce retard peut être expliqué par les raisons suivantes :

• il provient non pas du consommateur final mais de l’entreprise chargée du remplacement ou de la démolition
• pour être recyclé, il nécessite des précautions de manipulation.

Aujourd’hui grâce à la mise en place de filières REP (responsabilité élargie des producteurs), la situation évolue rapidement.

En cela le recyclage du verre plat est donc un sujet d’actualité qui s’inscrit dans une évolution sociétale des comportements qui est nécessaire.

Chimie, recyclage et économie circulaire : Présentation du colloque

Les programmes nationaux, les colloques et séminaires de réflexions nationaux et internationaux sur le thème du recyclage sont nombreux, notre objectif n’est pas de faire un nième colloque mais d’apporter sur ce sujet d’importance des exemples et des réponses aux questions que se posent le monde éducatif – élèves et enseignants – et le grand public. Ce thème est fondamental pour l’avenir de notre planète : ni la gestion des déchets envahissants , ni la mise en oeuvre des transitions énergétiques et écologiques ne pourront être mises en oeuvre sans le recyclage car les ressources en matières premières organiques et minérales n’y suffiront pas.

Il est nécessaire d’agir et nous souhaitons montrer l’importance mais aussi les difficultés de la chimie du recyclage qui est une chimie de la « dé et reconstruction » Il faut gérer à la fois la logistique des produits usagés et des déchets et l’économie des procédés en respectant les règles imposées en terme d’empreinte carbone.

Le recyclage apparaît comme une nouvelle discipline coûteuse mais indispensable dans laquelle les chimistes jouent et joueront un rôle important.

Les conférenciers ont été choisis parmi les meilleurs experts de l’industrie, de la recherche, de la politique et de l’économie, dans les différents domaines concernés.

Ce colloque est ouvert sur inscription à un large public avec une attention particulière aux jeunes et à leurs enseignants. Pour que ce colloque puisse être accessible au plus grand nombre, il sera diffusé en direct sur la chaine YouTube de Mediachimie.

Le niveau se veut accessible à tous pour permettre un large débat.

Danièle Olivier et Jean-Claude Bernier
Co-Présidents du comité d’organisation

Chimie, recyclage et économie circulaire : Le colloque dans son intégralité

• Regardez toutes les vidéos sur Youtube/Mediachimie
• Retrouvez toutes les vidéos sur Viméo/Fondation de la Maison de la Chimie avec la possibilité de télécharger les vidéos, conférence par conférence

• Retrouvez le quiz avant colloque "Chimie,recyclage et économie circulaire"
• Retrouvez le quiz post-colloque "Chimie,recyclage et économie circulaire (2)"

• Pour le cycle 4 : Séquences : plastiques et développement durable en partenariat avec LAMAP

• Téléchargez l'ouvrage intégral Chimie, recyclage et économie circulaire

Chimie, recyclage et économie circulaire (PDF - 5243 Ko)

Chimie, recyclage et économie circulaire : Conférence par conférence

Conférences plénières d’ouverture
Animateur : Philippe GŒBEL | Président de la Fondation internationale de la Maison de la Chimie

- Recycler les matériaux, une des réponses pour une économie circulaire. Illustration pour les polymères

Jean-François GERARD | Directeur Adjoint Scientifique INC CNRS / Directeur Programme PEPR ‘Recyclage, Recyclabilité & Ré-Utilisation des Matériaux’ / Professeur INSA Lyon - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 CNRS
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- Le recyclage des matériaux : Enjeux et stratégies - Procédés chimiques et bioprocédés

Jacques AMOUROUX | Professeur DC Emérite, DHC, Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris/PSL - Université Pierre et Marie Curie/Sorbonne Université
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Table Ronde :  Recyclage Industriel
Animateur : Jean-Claude BERNIER | Professeur Emérite, Université de Strasbourg

- Le recyclage des terres rares : une stratégie d’approvisionnement à la taille de leurs enjeux

Lama ITANI | Business Development Manager Rare Earths, Solvay
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- Recyclage de l’aluminium : enjeux, défis et opportunités

Fanny MAS | Ingénieur R&D métallurgiste senior, Constellium
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- L’émergence de l’économie circulaire du pneu : un challenge passionnant !

Jean‐Michel DOUARRE | Responsable du programme de Recherche sur les Matériaux, Michelin
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- Recyclage du verre plat

Jean-Christophe ARNAL | Directeur de l’usine d’Aniche, Saint‐Gobain Glass France
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- Recyclage des plastiques... vers une économie circulaire

Estelle CHERET | TotalEnergies VP OneTech R&D Downstream Process & Polymers
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Conférences | Recyclage et Transition énergétique
Animateur : Marc J. Ledoux | DRCE Emérite du CNRS

- L’hydrométallurgie au service du recyclage des batteries de véhicules électriques

Pascal MULLER | Directeur, Pôle Hauts de France et Grand Est, SARPI VEOLIA
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- Matériaux de spécialité pour une économie circulaire, illustrations des problématiques sur le recyclage des pales d’éolienne

Armand AJDARI | Chief Technology Officer, Arkema
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- Industrie photovoltaïque : les enjeux de la circularité

Yohan PARSA | Directeur Recherche & Développement, ROSI Solar
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- Tri et valorisation de mâchefers d’incinération d’ordures ménagères : exemple de l’installation de Pierrefeu du Var

Hervé ANTONSANTI | Directeur de la Branche Valorisation-Traitement, Groupe Pizzorno Environnement
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Conférence Plénière de clôture
Animateur : Philippe GŒBEL | Vice-Président de la Fondation internationale de la Maison de la Chimie

- Stratégies nationales pour accélérer l’économie circulaire

Constance MARECHAL-DEREU |Cheffe du service de l’industrie, Direction générale des entreprises, Ministère de l’Economie, des Finances et de la Souveraineté industrielle et numérique
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Les plastiques sont des matériaux utilisés dans la production d’un très grand nombre d’objets. Ils représentent aussi une forme de pollution. Cette ressource permet d’aborder les plastiques sous différents angles et différentes disciplines, afin de permettre aux élèves de se forger une opinion éclairée sur ces matériaux.

Cycle 4 – Chimie, SVT, Technologie

SVT :

• Relier les connaissances scientifiques sur les risques liés aux activités humaines aux mesures de prévention, de protection, d’adaptation, ou d’atténuation.
• Caractériser quelques-uns des principaux enjeux de l’exploitation d’une ressource naturelle par l’être humain, en lien avec quelques grandes questions de société. - L’exploitation de quelques ressources naturelles par l’être humain pour ses besoins en nourriture et ses activités quotidiennes.
• Expliquer les choix en matière de gestion de ressources naturelles à différentes échelles.

Chimie :

• Notions de molécules, atomes.
• Interpréter une formule chimique en termes atomiques.
• Décrire la constitution et les états de la matière : exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques.

Chimie et environnement :

• Transformations chimiques : sources de pollution, dépollution biochimique, chimie verte, matériaux innovants, matières plastiques bio-sourcées ou biodégradables.
• Recyclage des matériaux : tri des déchets, traitement des matières plastiques, protection de l’environnement.

Technologie :

• Impacts sociétaux et environnementaux dus aux objets.
• Cycle de vie.

• Etape 1 : Les plastiques qui nous entourent
• Etape 2 : La pollution plastique
• Etape 3 : Impact environnemental et choix de consommation
• Etape 4 : Conséquences de la pollution plastique sur les êtres vivants

 Projet Plastiques et développement durable (lien externe)

Vidéo Billes de sciences #59 - Plastiques et développement durable (voir sur Youtube)

Paroles de chercheurs : Lisa Weiss, chercheuse postdoctorale IRD, au LEGOS et au LOPS (voir aussi le site de LAMAP)

Paroles de chercheurs : Kako Naït Ali, docteure et ingénieure en chimie des matériaux, spécialisée dans les matériaux polymères, association Expédition 7ème Continent (voir aussi le site de LAMAP)

>Matériaux plastiques et développement durable - Webinaire (voir sur Youtube)

Tutorial associé : sur la plateforme elearning de LAMAP

Dans le cadre du colloque " Chimie, Recyclage et Économie Circulaire " du 8 novembre 2023 à la Fondation de la Maison de la Chimie, l’équipe de Mediachimie.org vous propose de tester vos connaissances au travers d'un quiz ludique et instructif.

À vous de jouer !