« Si l'on se contente d'orienter la matière récupérée vers une valorisation énergétique sans la réutiliser, le processus de recyclage perd de sa pertinence. L'essentiel réside dans la capacité à concilier le recyclage et la valorisation des matériaux ainsi obtenus », lance Jean-François Gérard, directeur du programme et équipement de recherche Prioritaire (PEPR) Recyclage, recyclabilité et ré-utilisation des matières. Parmi les initiatives au cœur de ce programme - lancé en juin 2023 avec une enveloppe de 40 millions d'euros étalée sur six ans - le projet Recy’Comp se distingue en s'attachant non seulement à recycler les matériaux composites, mais à promouvoir leur réutilisation dans le marché.
Les matériaux composites, particulièrement ceux provenant des pales d'éoliennes, constituent une des cibles privilégiées de Recy’Comp. « Ces matériaux, souvent destinés à la combustion ou à l'enfouissement, représentent pourtant une source substantielle de matière à récupérer, particulièrement précieuse dans un secteur toujours en expansion », souligne Jean-François Gérard.
Les pales éoliennes sont essentiellement constituées de fibres de carbone et ou de verre immergées dans une matrice thermodurcissable. Leur recyclage implique la séparation minutieuse de ces fibres de leur matrice afin de générer un matériau recyclé à haute valeur ajoutée. Dans le cadre de ce projet, différentes voies sont explorées pour obtenir une fibre présentant des caractéristiques quasi identiques à celles de la fibre d'origine. Parmi celles-ci, la « solvolyse superfluidique » émerge comme une option prometteuse. Cette technique est développée par Cyril Aymonier dans le cadre de ses recherches à l'Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) depuis 2009.
Fluides supercritiques pour recycler la matière
Le processus de solvolyse, utilisant l'eau comme solvant, consiste précisément en une réaction d'hydrolyse. Portée à 400 °C et sous une pression de 250 bars, l'eau devient supercritique, c'est-à-dire un état fluide tenant autant du liquide que du gaz et qui augmente la capacité de solvolyse. La résine est ainsi dégradée et les fibres séparées de la matrice.
La technologiea montré son efficacité en laboratoire,« dans des autoclaves de trois litres pour extraire la résine des matériaux composites avec des fibres de carbone nettoyées tout en conservant plus de 90 % de leurs propriétés mécaniques d'origine comme celles du module d’élasticité et de traction », avance Cyril Aymonier, directeur de recherche CNRS, directeur de l'Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) et porteur du projet Recy’Comp.
Améliorer le recyclage des fibres de verre
Toutefois, le recyclage des composites à base de fibres de verre reste un défi pour la solvolyse. « Leur recyclage est plus compliqué, d’abord parce que la matière première vierge est plus avantageuse. Puis on a constaté une sensibilité accrue de leur matrice au procédé, explique-t-il. Les fibres de verre recyclées conservent environ 80 % de leurs propriétés mécaniques d'origine, certes c’est une amélioration par rapport aux méthodes chimiques actuelles, mais insuffisante pour être économiquement viable. »
Cette difficulté s’étend également à la solvolyse des multimatériaux. « Nous sommes de plus en plus confrontés à des problématiques de gestion de déchets multimatériaux, où le composite n’est qu’une petite partie du matériau. Les fibres de verre ou de carbone sont mélangées avec un élastomère, et du polyuréthane. Ce processus génère un mélange de monomères et d'oligomères, de résine époxy et de mousse polyuréthane, difficile à séparer en vue d'une réutilisation », ajoute le directeur de l'Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux.
L’objectif est désormais de développer une chimie « plus douce » qui permet d’être sélectif sans dégrader les fibres tout en conservant une majorité de leurs propriétés mécaniques. Parmi les pistes envisagées, l’optimisation paramétrique du procédé, en jouant sur les températures moins élevées, une pression plus adaptée, et le temps d’exposition de la matrice époxy au solvant.
Un matériau recyclée et facilement recyclable
« Aujourd'hui, on sait recycler les fibres de composites. L'impératif actuel réside donc dans l'amélioration des performances afin de rendre viable l'incorporation des résines recyclées sur le marché, souligne Cyril Aymonier. Le but ultime est de récupérer facilement les différentes fibres ainsi que la résine, et à les réutiliser pour créer de nouveaux matériaux à la fois fonctionnels et susceptibles d'être aisément recyclés à l'avenir. »
En parallèle à la récupération des matières des déchets composites, la seconde phase de ce projet se concentrera sur l'optimisation des caractéristiques des fibres et matrices obtenues, ainsi que sur la fonctionnalisation de leurs surfaces. « Nous collaborerons avec d'autres laboratoires impliqués dans le projet pour étudier la proportion de monomères et d'oligomères, leurs caractéristiques qui conditionnent leur réutilisation, ainsi que la modification chimique de ces monomères et oligomères obtenus par hydrolyse, afin de faciliter leur repolymérisation », précise-t-il.
Jusqu'en 2027, d'autres équipes faisant partie de ce consortium se consacreront à la conception de nouveaux matériaux composites à partir des produits résultant de la solvolyse superfluidique. D'autres interviendront pour caractériser les microstructures et les propriétés mécaniques de ces nouveaux composites, dans le but d'améliorer leur intégration sur le marché.
