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Carnot M.I.N.E.S à la recherche de solutions opérationnelles à la question du recyclage des plastiques


Au cœur des débats sur la transition écologique, le recyclage des plastiques est devenu une priorité politique pour les États européens avec le projet ambitieux de recycler 55% des polymères d’ici 2030. Encore plus ambitieuse, la France s’est quant à elle fixé l’objectif de 100% de plastiques recyclés en 2025 !

Cette volonté politique devient donc, et par la force d’une réglementation de plus en plus contraignante, une préoccupation majeure pour les industriels, quand ce n’est pas un cauchemar.

En effet, les polymères et composites, termes scientifiques pour qualifier les matières plastiques, sont toujours davantage présents aussi bien dans les produits industriels que dans les produits de consommation courante. Cette présence se justifie par leurs incomparables qualités au premier rang desquels la légèreté qui rend son utilisation incontournable, dans l’aéronautique et plus généralement dans les transports, pour alléger les structures et donc diminuer leur consommation énergétique à l’usage et donc, leur empreinte carbone.

Les matières plastiques n’en sont pas pour autant des produits totalement vertueux, même dans l’optique d’une politique de recyclage volontariste, car la multiplicité des formules des polymères existants, associée à leur résistance aux solvants, rend leur recyclage de plus en plus problématique, voire dans certains cas, impossible.

Ainsi, les industriels sont pris entre le feu d’une réglementation toujours plus contraignante et des impasses technologiques toujours plus nombreuses.

C’est à l’écoute des entreprises et dans ce contexte qu’a démarré fin février 2020, un ambitieux projet fédérant une trentaine de chercheurs issus des laboratoires des centres de recherche de l’institut Carnot M.I.N.E.S et qui combine les savoir-faire et compétences d’une communauté scientifique d'experts en physique, chimie, intelligence artificielle, modélisation mécanique et numérique. 

Convaincue de la force du collectif et de la puissance du travail collégial, Sabine Cantournet directrice de recherche au Centre des Matériaux de MINES ParisTech porte ce projet, soutenue par des pilotes scientifiques et des étudiants associés aux recherches. Ce projet fédérateur bénéficie d’un financement de 800 000€ pour trois ans et regroupe trois axes techniques que sont la filière des bouteilles plastiques, la filière textile et les matériaux biosourcés.
 

Vers des matières plastiques éco-conçues

En ce qui concerne les plastiques, les études montrent qu’à chaque type de formulation correspond une problématique de recyclage et de transformation qui lui est propre. Il n’y a donc pas de solution unique de recyclage au niveau du matériau ou de la filière et il faut à chaque fois trouver une chaîne de valorisation pour chaque produit ou matériau.

Si les laboratoires des centres de recherche s’efforcent d’améliorer les performances des polymères tout au long de leur cycle de vie, de leur formulation à leur transformation, en passant par leur fabrication, il est devenu évident que la question de leur recyclage doit être intégrée dès la conception du matériau, comme une performance cible. C’est ce que l’on appelle l’écoconception.

C’est donc à un véritable changement de paradigme dans la conception des matériaux que s’attaque le Centre de Gestion Scientifique de MINES ParisTech en couplant ses compétences en matériaux avec celles en sciences de gestion.
 

La déclinaison du projet 

Le projet est fondé sur une question simple en apparence, mais fondamentale pour la société et l’industrie : pourquoi et comment recycler ? 

Il s’agira en premier lieu de faire le portrait d'une politique industrielle de recyclage dans un territoire donné, puis, d’écrire une généalogie d’une politique industrielle du recyclage des plastiques en France. En effet, il semblerait que le principe de hiérarchie du traitement des déchets  demeure aujourd'hui une doxa des politiques publiques, et ce, malgré tous les problèmes pratiques que ce choix engendre car, nous l’avons vu, il est difficile, voire impossible, de "bien recycler" certains plastiques. Faire l'histoire de ce choix et des visions qui ont été mobilisées pour le défendre au fil des années parait être un bon moyen de (re)questionner l'activité de recyclage des matières plastiques (pour la réajuster/renégocier éventuellement). 

Cette enquête sera menée par un post-doc du centre de sociologie de l’innovation (CSI) de MINES ParisTech pendant 6 mois.

Parce qu’en matière de plastiques, et peut-être là plus qu’ailleurs, l’enfer est dans les détails et que les idées simples ne sont pas toujours les meilleures, l’ISIGE (MINES ParisTech) s’attachera à évaluer la performance réelle d’un système de production basé sur l’incorporation de matière recyclée dans des produits neufs. Il s’agira de prendre en compte les biais environnementaux de ce type de solution comme l’effet rebond, aspects qui peuvent amener certains à définir ces solutions à « durabilité faible » et les implications positives et négatives sociales/sociétales des solutions (création d’emplois, risques santé/sécurité pour travailleurs, fiabilité et longévité des produits).
 

De plus, trois filières seront explorées en détail dans ce projet : bouteilles plastiques, textiles et matériaux biosourcés

Pour la filière bouteilles plastiques, c’est Noëlle Billon, professeure au CEMEF - Centre de Mise en Forme des Matériaux, qui, avec son équipe, cherche à faire évoluer le polyéthylène (PET) employé de façon massive dans le secteur alimentaire depuis les années 1970 en y intégrant du polymère issu du recyclage. Un défi commercial, scientifique et technique majeur, car pour augmenter la teneur des résines en PET obtenu par recyclage de bouteilles usagées, il faudra modifier les chaînes de soufflage et les rendre plus robustes. C’est ainsi que les chercheurs travaillent à une solution de contrôle adaptatif des réglages des machines de soufflage par jumelage numérique.

Ce thème sera mené par un consortium regroupant le CEMEF (MINES ParisTech), le Centre des Matériaux de MINES ParisTech, le C2MA (IMT Mines Alès) et l’ICA d’IMT Mines Albi.

De son côté, l’équipe de Tatiana Budtova, enseignante-chercheuse au CEMEF - Centre de Mise en Forme des Matériaux travaille sur le recyclage textile et s’intéresse particulièrement au problème du mélange des matières textiles. En effet, la grande majorité de nos vêtements sont composés de plusieurs types de fibres cellulose, laine, polyester et donc d'origines différentes ; naturelles ou issues du pétrole. Ces mélanges compliquent énormément le recyclage qui doit tout à la fois recycler le textile multicomposant (coton/polyester ; laine/polyester) et développer des matériaux innovants à haute valeur ajoutée à base de textile usé. L’idée est ici d’utiliser des liquides ioniques comme solvants « intelligents » pour dissoudre un seul type de fibres et ainsi pouvoir dissoudre seule la cellulose ou la laine pour ensuite développer des nouveaux bio-aérogels. L’équipe de Tatiana Budtova a ainsi ouvert un nouveau champ de recherche sur les bio-aérogels à travers le monde.

Trois laboratoires sont impliqués dans ce projet : le CEMEF (MINES ParisTech), le CTP de MINES ParisTech et le laboratoire RAPSODEE d’IMT Mines Albi.

José Marie Lopez-Cuesta, directeur du Centre des Matériaux d’IMT Mines Alès anime de son côté une action de recherche sur les polymères biosourcés et la recyclabilité.
Avec les matériaux biosourcés, les laboratoires du Carnot M.I.N.E.S développent des produits industriels et des biens de consommation durables, plus naturels et respectueux de l’environnement. Il s’agit ici de faire une analyse de la valeur sur des substituts de polymères génériques dans les emballages et les pièces d’aspect avec l’ambition de montrer qu’il est possible de substituer des polymères pétrosourcés par des composites biosourcés équivalents. Reste à démontrer la rentabilité de cette transformation et mesurer son véritable impact écologique.

Sont impliqués dans le projet le C2MA (IMT Mines Ales) et l’ICA d’IMT Mines Albi, le CEMEF (MINES ParisTech), le Centre des Matériaux de MINES ParisTech et l’ICCF de SIGMA Clermont.


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