En 2019, la production mondiale de plastique a atteint 368 millions de tonnes, dont 57,9 millions en Europe. Parmi ces déchets, seuls 20 % ont été recyclés, tandis que 25 % ont été incinérés et 55 % mis en décharge. L'un des défis actuels est d'augmenter la quantité de déchets plastique recyclés, en ciblant les fractions les plus complexes ainsi que les mélanges non triés de plastiques et d'autres déchets. L'absence de technologies de recyclage susceptibles d'accroître la valeur des matières recyclées constitue l'un des principaux obstacles technologiques. Par conséquent, ces déchets plastique non triés nécessitent des voies de recyclage secondaires différentes et innovantes afin de garantir la faisabilité de la mise en œuvre d'une économie circulaire des plastiques.
Parmi les techniques de recyclage, le recyclage mécanique est le plus répandu et mature, bien qu'il présente une série d'inconvénients, puisqu'il n'est pas adapté au traitement des plastiques contaminés, des résines mixtes, multimatériaux ou multicouches, et qu'il n'est pas viable pour les plastiques dégradés. En complément, le recyclage chimique offre une alternative pour certains déchets plastique non recyclables de manière durable (techniquement ou économiquement) par des procédés mécaniques. En décomposant les polymères en molécules plus courtes (monomères), il permet de réintroduire ces dernières comme éléments de base dans des réactions chimiques ou de (re)polymérisation.
Le projet européen Plastice vise à rendre la chaîne de valeur du plastique plus circulaire en développant des solutions innovantes pour valoriser une large gamme de déchets plastique et textiles non triés. L'objectif est de limiter la variabilité des matières premières et d'assurer la qualité des produits recyclés, afin de garantir leur réintégration dans des applications industrielles exigeantes.
À travers ce projet, plusieurs technologies avancées sont développées et testées dans des sites de démonstration réels. La sélection des technologies de valorisation utilisées dans Plastice a été faite sur la base de leur capacité à traiter les flux de déchets les plus importants pour le plastique (PE, PP et PS) et le textile (PET), de leur efficacité énergétique et de la possibilité d'utiliser les énergies renouvelables pour leur fonctionnement.
Trois procédés de valorisation pour des déchets diversifiés
Plastice Plastice met en œuvre trois technologies distinctes permettant de recycler divers mélanges de déchets et de produire de nouvelles matières premières durables :
La pyrolyse assistée par micro-ondes
La pyrolyse offre une alternative écologique à l'incinération et à la mise en décharge inefficace des plastiques, produisant un liquide qui peut être raffiné en produits chimiques ou en combustibles (les gaz condensables et les substances volatiles sont collectés). Il peut traiter les anciens additifs et les substances nocives et empêcher le transfert de ces substances dans de nouveaux produits. C'est un procédé facile à passer à échelle industrielle, à concevoir et à adapter pour fonctionner avec une large gamme de matières premières (ici des mélanges de PP, PE et PS) de différentes sources, non mécaniquement recyclables. La pyrolyse par micro-ondes offre un gain d'efficacité et est plus contrôlable que la pyrolyse conventionnelle, avec l'avantage d'être alimentée par des sources d'énergie renouvelables (par exemple, le photovoltaïque) en raison de son fonctionnement à l'énergie électrique.
Les tests sont effectués dans une installation de pyrolyse assistée par micro-ondes à l'échelle du laboratoire existant dans les installations de Circe (Saragosse, Espagne). Les essais industriels du processus de pyrolyse assistée par micro-ondes sont réalisés dans les installations d'Urbaser. La validation sera faite par TotalEnergies et Albéa, partenaires français du consortium avec Polymeris.
La liquéfaction hydrothermale
La technologie de liquéfaction hydrothermale (HTL) présente un fort potentiel pour la production d'huile à partir de déchets plastique non triés. L' HTL des polyoléfines (mélange de PE, PP et PS ici) est un procédé initialement développé pour la biomasse, qui utilise de l'eau chaude en conditions quasi ou supercritiques, évite une étape de séchage énergivore et permet le traitement de matières humides.
Ce démonstrateur intégrera un système de tri cyber-physique (CPSS) combinant capteurs hyper-spectraux, vision industrielle, intelligence artificielle et robotique pour améliorer la qualité des plastiques triés. Un prototype sera d'abord testé en laboratoire (ICCS) avant son installation dans l'usine Cogersa (Espagne). Les activités liées à la numérisation seront menées par ICCS (vision artificielle) et CTIC (outil de traçabilité), tandis que Circe dirigera l'application des techniques d'apprentissage automatique et d'intelligence artificielle ainsi que les activités liées à la chaîne de valeur circulaire, y compris la plateforme de calcul des indicateurs clés de performance et les analyses du cycle de vie. La validation sera également faite par TotalEnergies et Albéa.
La gazéification combinée avec un post-traitement chimique
L'usine pilote sera construite en Ombrie (Italie) au sein d'un entrepôt CE. Elle traitera des déchets plastique fournis par PRT pour les transformer en éther diméthylique (DME) via un procédé de gazéification. Les déchets sélectionnés proviennent du CSS (combustible solide secondaire), un matériau issu de plastiques non recyclables collectés parle consortium Corepla. Ce processus permet de valoriser ces résidus, habituellement destinés aux cimenteries ou aux usines de valorisation énergétique.
La gazéification repose sur trois étapes clés : la pyrolyse, l'oxydation et la réduction. Elle sera réalisée à l'aide d'un réacteur à four rotatif, combiné au procédé ZEB, qui utilise une membrane spéciale pour éliminer l'eau de réaction et améliorer la production de DME. Une fois formé, le DME sera purifié, mis en bouteille et traité pour produire des oléfines.
Le CSS utilisé dans cette usine pilote contient 66,6 % de matières plastiques (principalement du PE basse et haute densité, du PP et du PET), ainsi que du caoutchouc et d'autres matériaux résiduels. Grâce à un catalyseur bifonctionnel innovant développé parle CNR, la synthèse du DME à partir du gaz de synthèse sera optimisée pour améliorer l'efficacité du processus et maximiser la valorisation des déchets plastique.
L' hydrolyse enzymatique en cascade
Le site de démonstration d'Hallein (Autriche) se concentrera sur l'ensemble de la chaîne de valeur du processus de recyclage des textiles qui n'ont aucune valeur de réutilisation ou de réparation et finissent généralement par être incinérés ou mis en décharge. En effet, après un premier processus de tri et de déchiquetage, le textile (PET, coton et autres polymères) est introduit dans un réacteur d'hydrolyse, où le coton est décomposé en sucres à l'aide d'enzymes spécialisées, (cellulases ou mélanges d'enzymes). Ces sucres sont ensuite fermentés en éthanol. En fonction du mélange du textile, les fibres PET peuvent être directement recyclées ou passer par une étape de lavage pour éliminer les contaminants supplémentaires (dégradation enzymatique contrôlée du PU par estérases). Le PET est ensuite recyclé en granulés et en fibres. Pour le flux de polyester et d'autres polymères, nous décomposerons le polyester en MEG et PTA.
Un projet ambiteux et impactant pour l'industrie
Les procédés Plastice réduiront les émissions de gaz à effet de serre (GES) par rapport aux procédés de recyclage actuels. L'optimisation de l'utilisation des ressources parles voies de valorisation démontrées permet également de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Nos technologies évitent les émissions de gaz à effet de serre dérivées du traitement de l'huile pour les produits traditionnels remplacés.
Les résultats attendus du projet sont les suivants :
- Réduction significative des déchets mis en décharge, limitant ainsi la pollution environnementale.
- Remplacement des matières premières fossiles par des ressources issues du recyclage.
- Optimisation de l'efficacité énergétique des procédés de recyclage.
- Amélioration de la rentabilité économique des filières de valorisation.
- Digitalisation accrue des chaînes de valeur, facilitant le suivi des flux de matières.
- Renforcement des politiques de recyclage, avec des recommandations basées sur des données fiables.
Une publication scientifique prometteuse
La dernière publication du projet Plastice, fruit d'une collaboration entre des chercheurs de Circe et d'Urbaser ouvre une nouvelle perspective aux technologies de recyclage. Publiée dans Processes (2024), l'étude intitulée « The Integration of Image Intensity and Texture for the Estimation of Particle Mass in Sorting Pro-cesses », propose une approche basée sur l'intelligence artificielle pour améliorer l'identification et la classification des déchets plastique post-consommation. Grâce à l'utilisation de caméras 2D et d'algorithmes d'apprentissage automatique, il est possible d'estimer la masse des matériaux de faible densité tels que les films plastique post-consommation, avec une précision accrue. En combinant l'intensité de l'image, la texture et les mesures de taille, cette méthode offre une solution rentable pour contrôler le flux de masse, sans capteurs coûteux et facilitant leur tri automatique.
