Chaque année, quelque 110 000 tonnes de pièces en composite de fibre de carbone et 4,5 millions de tonnes de pièces en composite de fibre de verre sont utilisées par l'industrie en Europe. Avec un impact environnemental de taille : 30% environ sont directement transformés en déchets lors de la production (pour les fibres de carbone) et 98% finissent dans une décharge en fin de vie, sans espoir de recyclage. C'est pour remédier à ce problème que le programme européen MC4 a été lancé en mars 2022, rassemblant 15 partenaires issus de la recherche et de l'industrie. La première étape, l’analyse des chaines d’approvisionnement, touche déjà à sa fin et les partenaires vont commencer l’implémentation des nouveaux procédés qu’ils élaborent. Outre la diminution des pertes de matériaux et l'amélioration du recyclage, leurs travaux devraient permettre de réduire la dépendance de l’Europe à l'importation des matériaux - 80% des matériaux primaires sont importés aujourd’hui - en maîtrisant la production de matériaux recyclés issus de ces composites.
« Nous travaillons sur quatre voies différentes, explique Christian Eitzinger, coordinateur du projet, deux voies à court terme, une pour chacun des matériaux à l’étude, et qui pourront être implémentées à la fin du projet dans trois ans, et deux voies à long terme qui nous aideront à résoudre de futurs problèmes de recyclage ». En effet, les mêmes processus de recyclage ne peuvent pas être appliqués aux composites en fibres de carbone et aux composites en fibres de verre, notamment pour une raison de coût : « les fibres de carbones sont environ 50 fois plus chères que les fibres de verre, c’est pourquoi il existe un éventail beaucoup plus large d’options pour recycler les fibres de carbone : l’investissement est bien plus facilement rentabilisé », ajoute-t-il. Cinq types d’industries sont ciblés par le consortium : « l’aérospatial, l’énergie éolienne, l’automobile, la construction navale et les équipements sportifs », selon le coordinateur du programme.
Limiter les déchets liés à la production
Du côté des fibres de carbone, le plus simple, à court terme, est d’éviter les déchets générés pendant la production. « On estime par exemple que dans l’industrie aérospatiale, environ 30% des composites en fibres de carbone qui sont achetés sont perdus pendant la production », indique Christian Eitzinger. Il détaille : « Cette perte se situe principalement lors des processus de découpe, lorsque les feuilles en fibres de carbone sont coupées dans des formes particulières. Notre idée est donc de récupérer ces chutes afin de créer de nouvelles feuilles. Ces dernières pourraient être utilisées pour fabriquer d’autres éléments pour lesquels l’exigence est moindre en termes de propriétés du matériau ». Le principal avantage de cette solution est que l’on récupère le matériau dans son état original, ce qui rend le recyclage relativement simple.
Réutiliser les fibres de carbone en fin de vie
Cependant, ce procédé ne peut pas être utilisé sur les différents éléments déjà en service. Dans ce cas, il est nécessaire de séparer la résine - aussi appelée la matrice - qui maintient les fibres de carbone ensemble et donne sa forme à l’élément, et les fibres de carbone. « Nous travaillons à l’élaboration d’un processus de recyclage chimique pour les séparer, processus qui a l’avantage de causer moins de dommages aux fibres durant le recyclage que la pyrolyse actuellement utilisée. Nous espérons ainsi obtenir des fibres possédant 99% de leur résistance initiale », précise Christian Eitzinger.
Après avoir été tissées ou filées, ces fibres seront néanmoins soumises à un contrôle qualité rigoureux, nécessaire puisque « ce sont des matériaux recyclés et la qualité du matériau de base risque de varier énormément. Difficile pour nous d’avoir un contrôle aussi strict de ses propriétés, contrairement à ce que l’on peut attendre d’un matériau primaire », souligne le spécialiste.
Broyer les fibres de verre
Pour les fibres de verre, le processus, que ce soit à court ou long terme, est un peu différent. « Dans les deux cas, nous ne séparons pas la matrice des fibres à cause du prix bien plus bas des fibres de verre. Quel que soit le procédé en effet, cela sera toujours plus avantageux d’acheter du matériau neuf », note Christian Eitzinger. Ainsi, à court terme, l’idée est d’utiliser des éléments déjà existants, de les broyer en pièces de quelques centimètres et ensuite d’utiliser ce broyat comme matériau de remplissage pour de nouveaux éléments.
« Nous estimons pouvoir économiser jusqu’à 60% de matériaux primaires en utilisant ce composite recyclé. Et en misant sur un broyage moins fin que ce qui est fait actuellement, nous espérons atteindre une meilleure résistance du produit fini », précise-t-il. Comme pour la récupération des chutes de découpe pour les fibres de carbone, ce processus peut être appliqué assez rapidement et à tout type de fibres de verre. Notamment dans le domaine de l’énergie éolienne, où un certain nombre de pales arrivent en fin de vie et n'attendent plus que d'être recyclées.
A long terme en revanche, l’objectif est d’agir sur la résine qui maintient entre elles les fibres de verre. Actuellement, dans les matériaux composites, on utilise de la résine thermodurcissante, qui, une fois durcie, ne permet pas de remodeler l’élément. « La nouvelle résine que nous avons mise au point a l’avantage de se ramollir lorsqu’elle est chauffée à 180°C, ce qui permet de remodeler l’objet et de lui donner une nouvelle vie dans cette nouvelle forme », raconte Christian Eitzinger. Mais là, il faudra du temps : la nouvelle résine doit d'abord être adoptée par les industriels, et les premiers produits l’intégrant à leur composition n’atteindront leur fin de vie au mieux que dans une vingtaine d’années.
Un impact important sur l’environnement
Si ces nouvelles approches étaient adoptées par l’industrie, l’impact promis sur l’environnement à court et long terme serait conséquent : les pertes lors de la production passeraient de 30% à 10% tandis que la part des matériaux composites en fin de vie mis en décharge serait réduite de 98% à 40%. Mais encore faut-il que les industriels aient connaissance du projet. Pour cela, MC4 pourra compter sur son partenaire Techtera, pôle de compétitivité de la filière textile française, dont ce sera la principale mission. Ils disposent pour cela d’un avantage de taille : « Leur spécialisation dans l’industrie textile leur permet d’avoir un carnet d’adresses particulièrement fourni dans le domaine des fibres de verre et de carbone ».
