En 2021, la production mondiale de plastique a atteint 390,7 millions de tonnes dont 352,3 Mt à base de fossiles (90,2%), 32,5 Mt à base de recyclé (8,3%) et 5,9 Mt à base de biosourcé (1,5%)(1). Autrement dit, beaucoup reste à faire en matière de recyclage. Dans ce domaine, si la voie mécanique est aujourd’hui prépondérante (elle concerne 99 % des déchets thermoplastiques), plusieurs techniques de recyclage chimique se développent et s’industrialisent.
Les plastiques : une grande famille
D’une manière globale, les plastiques représentent 10 % de notre consommation de pétrole. Ils sont fabriqués à partir de naphta, un liquide issu du raffinage du pétrole, chauffé à haute pression puis refroidi brutalement pour fragmenter les molécules d’hydrocarbures en molécules élémentaires. Les monomères obtenus sont ensuite liés pour former des polymères auxquels peuvent être intégrés des additifs (adjuvants, pigments, colorants, solvants, antioxydants…) qui modifient ou renforcent leurs caractéristiques.
Ces polymères se répartissent en deux familles : les thermoplastiques (PE, PEHD, PVC, PET, PP, PS, PA…) qui ramollissent sous l’action de la chaleur et durcissent en refroidissant, le tout, de façon réversible, et les thermodurcissables (PUR, UP, silicone…) qui durcissent sous l’action de la chaleur et atteignent, eux, un état solide irréversible. Les plastiques (PP, PE, PET et PS) sont essentiellement utilisés dans les secteurs de l’emballage (près de 50%), du bâtiment / construction et de l’automobile.
Le recyclage mécanique des plastiques
Une fois collectés, les déchets thermoplastiques sont triés, lavés, broyés, extrudés, transformés en paillettes ou granulés et peuvent alors être réutilisés sous forme de matière première recyclée. Les différentes étapes de tri, séparation et régénération sont complexes du fait de la diversité des polymères et des pollutions externes qu’ils ont pu subir durant leur cycle de vie. Elles ne permettent pas de supprimer les pollutions internes liées à l’ajout d’additifs.
Ce qui, au final, empêche de revenir à des produits initiaux. Par ailleurs, les effets de température impliqués par le processus peuvent conduire à des dégradations de la matière recyclée. Par exemple, le recyclage d’une bouteille est limité à sept cycles. Enfin, le processus de recyclage mécanique (également appelé « plastic-to-product ») ne modifie pas la structure du polymère.
Le recyclage chimique et physico-chimique
Le recyclage chimique permet de produire de nouvelles matières via une modification de la structure chimique du polymère et une purification des produits formés. Il comprend plusieurs procédés dont la dépolymérisation et la conversion.
La dépolymérisation permet de revenir au monomère de base en découpant le polymère par solvolyse (utilisation de solvants) ou thermolyse (décomposition par augmentation de sa température). Ce « recyclage en monomère » (« plastic-to-monomer ») permet d’obtenir une matière proche de la matière vierge.
Le recyclage par conversion utilise la pyrolyse ou la gazéification pour convertir la structure chimique des déchets en un mélange d’éléments chimiques de base (monomères vierges) réutilisables dans l’industrie pétrochimique. C’est le « recyclage en matière première » ou « plastic-to-feedstock ».
Une autre méthode de recyclage consiste à récupérer des chaînes polymériques exemptes d’additifs : c’est la dissolution. Même si elle ne modifie pas la structure du polymère, cette méthode est souvent associée au recyclage chimique car plusieurs de ses procédés impliquent des étapes chimiques, dont l’utilisation de solvants spécifiques qui permettent une décontamination plus poussée.
Le recyclage biologique
Le recyclage biologique (« plastic-to-compost ») utilise des organismes vivants ou des enzymes qui vont dégrader les polymères en compost ou synthétiser les composés utiles au travers d’une transformation biochimique. Le Français Carbios, par exemple, a développé un système de recyclage enzymatique des plastiques et fibres en PET mais aussi une technologie de biodégradation du PLA, un polymère biosourcé.
Après dépolymérisation par une enzyme spécifique, les monomères obtenus sont purifiés et peuvent être repolymérisés en un PET de qualité équivalente au PET vierge issu de la pétrochimie. Ce procédé s’utilise aussi bien pour les matériaux clairs, opaques et complexes que pour des matériaux d’origine textile comme les polyesters.
Les principaux freins
On le voit, les solutions ne manquent pas. Encore faut-il parvenir à lever certains freins, le premier étant la question de l’approvisionnement et ce, pour tous les types de recyclage. Il est en effet nécessaire de garantir une sécurité d’accès à la ressource pour atteindre une taille critique appropriée. D’où l’intérêt, notamment, du développement des filières REP pour la collecte et du renforcement de la qualité du tri. Par ailleurs, en plus de la quantité, la qualité des intrants est fondamentale, ce qui nécessite des opérations de pré-traitement et d’élimination des impuretés.
Un autre frein majeur du recyclage chimique ou physico-chimique est le coût des technologies. Certaines d’entre elles sont en effet beaucoup plus énergivores que d’autres ou nécessitent plus d’intrants et/ou matériaux que d’autres. A cet égard, des travaux en cours portent sur des procédés à basse température
Enfin, il reste encore à travailler sur les impacts environnementaux et climatiques des différentes technologies. A titre d’exemple, quelles sont les émissions de CO2 liées à la production d’un polymère recyclé chimiquement pour un usage alimentaire par rapport à celles d’un polymère vierge ?
Plus globalement, si la tendance n’est pas encore à une baisse massive de production (il en est question pour les plastiques à usage unique mais tous ne peuvent être concernés, notamment dans le médical) et si les objectifs de recyclage deviennent plus stricts, les efforts de recherche en matière d’écoconception et de recyclabilité doivent encore être poursuivis et soutenus.
Quelques exemples de projets en cours
Aujourd’hui, la demande en matière recyclée est supérieure à l’offre. En France, la stratégie nationale « Recyclabilité, Recyclage et Réincorporation des matériaux recyclés » de septembre 2021 vise principalement à développer des capacités industrielles capables de produire 2 millions de tonnes de matières plastiques issues du recyclage par an à horizon 2025, en vue de les réincorporer. Dans la continuité, deux appels à projets ont été lancés en 2022 dans le cadre de France 2030. Le premier (janvier) visait à soutenir les projets de recyclage chimique et enzymatique et le deuxième (novembre) ciblait surtout le soutien à l’industrialisation de procédés.
Carbios, par exemple, a obtenu une aide totale de 54 M€ par l’État et la région Grand-Est pour financer sa première usine de bio-recyclage de PET à Longlaville (54) et accélérer ses travaux de R&D. Notons aussi que dans le cadre du nouveau programme de recherche (PEPR) dédié lancé le 1er juin, l’accent est mis, pour le matériau plastique, sur les pistes de recyclage chimique.
TotalEnergies a signé en 2022 des accords lui garantissant des approvisionnements en matière recyclée, l’un avec Honeywell en Andalousie (jusqu’à 30 000 tonnes par an) et un autre avec New Hope Energy aux Etats-Unis (jusqu’à 100 000 tonnes). Total transformera ces matières en polymères aux propriétés identiques à celles des polymères vierges, compatibles avec l’usage alimentaire et d’autres applications à haute valeur ajoutée.
En France, TotalEnergies s’est associé avec Paprec en vue de développer la première filière de recyclage chimique de films plastiques. Paprec triera et séparera les plastiques à Amiens (80) et Total se chargera du recyclage chimique sur sa plateforme de Grandpuits (77). L’installation, dont la mise en service est prévue en 2024, produira jusqu’à 15 000 tonnes par an de plastiques aux caractéristiques identiques aux plastiques vierges, utilisables pour le contact alimentaire.
L’Américain Eastman a implanté à Port-Jérôme (76) une usine de dépolymérisation par méthanolyse des déchets plastiques riches en polyesters. Avec l’ambition de traiter chaque année 220 000 tonnes de déchets et de produire jusqu’à 200 000 tonnes de matières recyclées, cette usine devrait être la plus grande usine de recyclage moléculaire « matière-à-matière » au monde.
De leur côté, Suez, le Canadien Loop Industries et le Sud-Coréen SK Geo Centric vont développer à Saint-Avold (57) une usine devant permettre de produire du PET recyclé de qualité vierge et recyclable à l’infini. L’installation devrait produire jusqu’à 70 000 tonnes dès 2027 et permettre d’économiser 255 000 tonnes de CO2 par an par rapport à une production par procédé pétrochimique. Elle sera la première usine « Infinite Loop » en Europe.
De nouvelles perspectives
Le pôle Team2 travaille sur le criblage catalytique. Dans le cadre du projet Plastiloop 2.0, les équipes impliquées utilisent des outils de « machine learning » pour comprendre et prédire les systèmes catalytiques mis en œuvre. De nouveaux algorithmes de prédiction sont également à l’étude.
Autre approche intéressante : le projet CIMPA sur le recyclage des films multicouches en plastique devrait s’achever mi-2024. Aujourd’hui, près de 3 Mt de ces films partent en incinération ou en enfouissement faute de solutions appropriées. Le projet, coordonné par le Centre technique industriel de la plasturgie et des composites (IPC), mise sur un tri innovant (dont le NIR), un recyclage mécanique et physique et un processus de décontamination avancé.
- « Plastics – the Facts 2022», Plastics Europe, octobre 2022.
- Toutes les technologies ne s’appliquent pas à tous les polymères. Ex. : la solvolyse est plus adaptée au PET et au polyuréthane ; la pyrolyse, au PET, PP, PS et PMMA ; la dissolution, au PVC.
À lire : Gestion des déchets en France – La réalité des plastiques biodégradables et compostables
