économie circulaire Concevoir des membranes d'étanchéité à partir de matériaux recyclés dans une optique de développement durable

Est-il possible de récupérer des matières plastiques recyclées à partir de flux de déchets jusqu'ici inexploités afin de fabriquer des fibres et des films de haute qualité ? C'est la question à laquelle se consacrent les chercheurs du Fraunhofer CCPE. Dans le cadre du projet Zirk-Tex, ils développent également des méthodes de recyclage innovantes afin de fabriquer des membranes d'étanchéité et des géosynthétiques durables. 

Le marché des plastiques recyclés, en particulier le polypropylène (PP) et le polyéthylène téréphtalate (PET), recèle encore un fort potentiel. La demande en solutions durables ne cesse de croître, mais la qualité des matériaux recyclés doit s'améliorer. De nombreux processus de recyclage échouent en raison de contaminants qui compliquent le traitement. Par conséquent, les matériaux recyclés ne parviennent souvent pas, à ce jour, à rivaliser avec les matières vierges. 

Les six instituts du cluster Fraunhofer CCPE, en collaboration avec les instituts Fraunhofer de biologie moléculaire et d'écologie appliquée (IME) et d'optronique, d'ingénierie des systèmes et d'analyse d'images (IOSB), entendent réfuter cette idée et changer la donne. Dans le cadre du projet Zirk-Tex, ils cherchent notamment à déterminer s’il est possible de produire, à partir de déchets plastiques jusqu’ici inutilisés, des plastiques recyclés destinés à la fabrication de films, de non-tissés et de fibres de haute qualité, pouvant ensuite être transformés en membranes d’étanchéité. 

Fabrication rentable de membranes d'étanchéité en PP et PET 

« Il est relativement simple de fabriquer, par exemple, des pièces moulées par injection à partir de matières plastiques recyclées. Mais fabriquer à partir de ceux-ci des produits textiles tels que des non-tissés destinés aux membranes d’étanchéité est nettement plus difficile, car les processus de formation des fils imposent des exigences très élevées aux matériaux recyclés », explique le Dr Evgueni Tarkhanov, chercheur au Fraunhofer IAP.

La raison : la matière première doit être homogène et totalement exempte d’impuretés afin d’être extrudée de manière uniforme à travers des capillaires extrêmement fins et de résister, après extrusion, à des forces de traction parfois très élevées. « Pour la production, la stabilité de transformation est la clé », poursuit Tarkhanov. 

Les plus infimes particules de saleté ou les traces minimes de polymères étrangers présents dans les filaments extrudés constituent des défauts de la masse de filage et augmentent le risque de rupture des filaments au cours du processus de fabrication. Le réenroulement des faisceaux de filaments sur les dispositifs de guidage des fils prend du temps et peut parfois entraîner l'arrêt des machines de production, ce qui engendre des coûts considérables.

Repenser l'ensemble de la chaîne de valeur

« Pour fabriquer les membranes d'étanchéité à partir de déchets post-consommation, nous sommes en mesure de reproduire l'ensemble de la chaîne de processus pour le PP et le PET à l'échelle pilote », explique le Dr Christian Schütz, chef de projet et chercheur au Fraunhofer LBF. Cela signifie que le processus couvre toutes les étapes, depuis le tri jusqu’à l’application, en passant par des méthodes de recyclage innovantes. Le recyclage de plastiques usagés adaptés permet d’obtenir des granulés ou un composé qui, après ajout d’additifs, est transformé par filage en non-tissés, films ou membranes.

À cette occasion, l'équipe de chercheurs a évalué le potentiel de deux procédés de recyclage : La fraction de PET a été soumise à une glycolyse, un procédé de recyclage chimique suivi d’une repolymérisation, tandis que les fractions de PP et de PET ont été récupérées au moyen d’un recyclage à base de solvants, qui comprend une étape de purification. 

Les résidus issus des deux procédés de recyclage ont été valorisés par pyrolyse (Fraunhofer UMSICHT). Les travaux pratiques ont été accompagnés d'une analyse du cycle de vie (Fraunhofer UMSICHT) et d'une analyse des flux de matières disponibles (Fraunhofer IML).

Procédés de recyclage innovants pour des matériaux recyclés triés par type

Grâce au procédé de recyclage à base de solvants mis au point par le Fraunhofer IVV, l'équipe de chercheurs a pu séparer le PP des polymères indésirables et des additifs, obtenant ainsi un matériau pratiquement pur. Le flux de déchets contenait 33 % de PP et 67 % de plastiques étrangers. À l'issue du procédé, le polyéthylène (PE), présent à moins de 2 %, était le seul polymère indésirable significatif. 

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17.09.2026

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L'équipe a également garanti la stabilité du PP recyclé (rPP) même à des températures élevées pendant la transformation. Le matériau recyclé obtenu a ensuite été filé au Fraunhofer IAP pour former un fil multifilament. « Grâce à une stratégie d'addition d'additifs appropriée, nous avons également réussi à améliorer considérablement la stabilité de transformation des matériaux recyclés en PP et en PET », explique M. Schütz.

Pour la glycolyse du PET, les chercheurs ont utilisé des coques en PET contenant 13 % d'impuretés indésirables. La glycolyse est une forme de solvolyse dans laquelle l'éthylène glycol est utilisé pour dépolymériser le PET en bis(2-hydroxyéthyl)téréphtalate (BHET). Le BHET ainsi obtenu a été repolymérisé en rPET au Fraunhofer IAP, puis transformé sur une installation pilote de filage à chaud en un fil multifilamentaire composé de 48 filaments. 

Une option réelle

De plus, les chercheurs ont pu démontrer que cette même fraction de PET pouvait être recyclée grâce à un procédé de recyclage à base de solvants. « Nous avons pu obtenir des fibres à partir du PP et du PET pour la fabrication de non-tissés, et le PP a également pu être utilisé pour la production de membranes », résume Tarkhanov.

La pyrolyse des résidus issus du processus de recyclage à base de solvants des fractions de PP a permis d'obtenir une forte proportion de gaz de pyrolyse et une faible proportion de coke. À partir des résidus issus de la solvolyse des fractions de PET, il a été possible d'obtenir des fractions d'huile de pyrolyse présentant des teneurs élevées en huile et de faibles teneurs en coke. Les produits issus de ces deux flux de matières premières offrent des perspectives prometteuses en matière de valorisation.

Par ailleurs, les travaux menés en parallèle ont montré que des quantités appropriées et suffisantes de PP et de PET sont disponibles, mais que la logistique et le tri nécessaires pour y accéder doivent encore être mis en place. « Nous avons pu démontrer avec succès que même les flux de matières jusqu’ici inutilisés constituent une option réaliste pour la fabrication de matériaux de haute qualité à base de matières recyclées », résume M. Schütz.

INFO

Profil

Notre rapport au plastique doit changer radicalement. Il n’y a pas d’autre voie que celle menant à une économie circulaire du plastique, dans laquelle on prélève moins de ressources fossiles et où les produits sont utilisés plus longtemps. C’est là qu’intervient le cluster Fraunhofer CCPE. Six instituts Fraunhofer mènent des recherches sur la manière de concevoir des produits selon les principes de l'économie circulaire et de transformer les déchets plastiques en ressources précieuses. Le cluster regroupe les instituts Fraunhofer suivants : l’institut UMSICHT (technologie de l’environnement, de la sécurité et de l’énergie), l’institut IAP (recherche appliquée sur les polymères), l’institut ICT (technologie chimique), l’institut LBF (résistance aux contraintes et fiabilité des systèmes), l’institut IML (flux de matières et logistique) et l’institut IVV (génie des procédés et emballage).

Rôles des partenaires dans le projet

• Institut Fraunhofer pour les technologies de l'environnement, de la sécurité et de l'énergie (UMSICHT) : étude des processus de dégradation des biopolymères, pyrolyse des fractions résiduelles issues des procédés de recyclage utilisés

• Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères (IAP) : polymérisation du rPET à partir de BHET, mise en œuvre de procédés de filage

• Institut Fraunhofer de technologie chimique ICT : Recyclage chimique – Dépolymérisation du PET en BHET à partir de flux de matières recyclées

• Institut Fraunhofer pour la résistance aux contraintes et la fiabilité des systèmes (LBF) : gestion de projet, développement de mélanges d'additifs pour les matériaux recyclés et les biopolymères, formulation de composés

• Institut Fraunhofer pour les flux de matériaux et la logistique (IML) : sélection de sources d'approvisionnement en matières premières adaptées

• Institut Fraunhofer de génie des procédés et de l'emballage (IVV) : développement et mise en œuvre du recyclage à base de solvants

• Institut Fraunhofer de biologie moléculaire et d'écologie appliquée (IME) : évaluation écotoxicologique

• Institut Fraunhofer d'optronique, d'ingénierie des systèmes et d'analyse d'images (IOSB) : tri du PET issu des textiles basé sur l'apprentissage automatique