Upcyclage du polyéthylène Utilisable en grande quantité comme matière première pour le nylon

L'upcycling consiste à transformer des déchets en nouveaux produits, souvent de meilleure qualité. Ce principe est particulièrement apprécié des bricoleurs. Mais on peut également exploiter cette idée à l'échelle industrielle, par exemple en fabriquant du polyamide à partir de déchets de polyéthylène. C'est précisément ce sur quoi travaillent des chercheurs de Rostock. 

Si, à l'avenir, le nylon pouvait être fabriqué en grande partie à partir de déchets plastiques plutôt qu'à partir de pétrole, comme c'est le cas actuellement, cela soulagerait considérablement l'environnement et le climat. À l'Institut Leibniz de catalyse (LIKAT), des chimistes s'engagent dans cette voie. Ils ont réussi à transformer de manière sélective le polyéthylène, principal composant de tous les déchets plastiques, en acides dicarboxyliques pouvant servir de matières premières chimiques pour la fabrication du nylon.

La réaction se déroule dans des conditions douces et ne nécessite même pas de catalyseur. L'objectif est de mettre au point un procédé à l'échelle pilote. Pour cela, l'équipe souhaite augmenter la sélectivité et élucider les mécanismes de réaction.

La pyrolyse n'est plus acceptable

Le polyéthylène (PE), associé au polypropylène (PP), représente les quatre cinquièmes des déchets plastiques, soit environ 400 millions de tonnes par an à l’échelle mondiale. Pour recycler chimiquement ces polyoléfines, la pyrolyse s’est imposée, comme l’explique le Dr Esteban Mejía, responsable thématique au LIKAT : « Le plastique est brûlé de manière contrôlée à des températures pouvant atteindre 600 degrés Celsius. »

Le résultat est certes une « belle huile » et le processus n'émet pas non plus de CO₂. Cependant, en raison de son énorme consommation d'énergie, la pyrolyse laisse une empreinte carbone si importante que les autorités environnementales tirent la sonnette d'alarme. Aux États-Unis, des usines de pyrolyse seraient déjà en cours de fermeture.

La pyrolyse est un procédé relevant du domaine du recyclage chimique. Contrairement au recyclage mécanique, les déchets plastiques ne sont pas simplement broyés et refondus, mais décomposés en leurs composants de base (monomères).

La pyrolyse consiste à décomposer thermiquement le plastique à haute température, en l'absence d'oxygène. Ce processus produit des huiles, des gaz et des résidus solides (coke/cendres) qui peuvent être réutilisés comme matières premières. La pyrolyse est actuellement la technologie dominante, notamment en Allemagne.

Les espèces réactives de l'oxygène comme outil

Cela soulève la question des alternatives. La recherche connaît toute une série de procédés catalytiques qui fonctionnent par oxydation, à l’instar de la pyrolyse, explique Esteban Mejía. « Lors de ces processus, une espèce réactive de l’oxygène se forme à la surface du polyéthylène ; nous l’appelons ROS, pour « reactive oxygen species ». » C’est précisément elles qui jouent un rôle déterminant, comme le savent désormais les chimistes. Les ROS décomposent chimiquement le polyéthylène. « Elles rongent pour ainsi dire le matériau », résume Mejía.

Cependant, cette réaction nécessite une pression élevée, ce qui rend le procédé explosif. « Il n'est pas facile de le transposer à une échelle applicable dans la pratique. » De plus, les catalyseurs sont à base de métaux précieux, ce qui rend l'ensemble coûteux et dépendant d'un marché des matières premières instable.

Au cours de ses recherches bibliographiques, le groupe a trouvé des rapports de collègues ayant fabriqué de l’acide polyéthylène-dicarboxylique à partir de chaînes de longueurs non spécifiques, notamment à l’aide d’acide nitrique hautement concentré à 180 degrés Celsius et au micro-ondes. « Ce sont des procédés assez agressifs », explique Mejía, « mais cela nous a donné envie de poursuivre dans la voie de l'acide nitrique et de simplifier le procédé. »

Plus simple signifie : dilué et avec du H₂O₂

Depuis avril 2026, un post-doctorant, le Dr Satyajit Panda, travaillait sur ce sujet, aidé par intermittence par un étudiant en master de l’université de Rostock. À force de recherches et d’essais et d’erreurs, le groupe a finalement mis au point une réaction simple. Le résultat était fascinant : « Il suffit de mettre des morceaux de sac plastique dans un tube à essai contenant de l’acide nitrique fortement dilué et du peroxyde d’hydrogène, de chauffer le tout à 120 degrés maximum, et on peut alors observer le polyéthylène se dissoudre », explique Mejía.

Contrôler la réaction n'est toutefois pas si simple. « Il est important de respecter un certain régime d’apport de chaleur », explique Mejía. En effet, la transformation du PE en acide dicarboxylique se déroule en plusieurs étapes. Si l’on laisse trop de temps aux produits intermédiaires, la réaction se déroule de manière sous-optimale et aboutit finalement à un mélange complexe.

Sélectivité et mécanisme de réaction

L'acide dicarboxylique est constitué de chaînes d'atomes de carbone de longueurs variables. Les publications parues à ce jour font état de résultats de réactions portant sur des chaînes dont la longueur varie de deux à plus de 40 atomes de carbone. « Les auteurs les ont utilisés comme tensioactifs pour la fabrication de savon », explique Mejía. 

Le produit visé par les chimistes de Rostock est quant à lui un précurseur exploitable pour le polyamide (PA), plus connu sous le nom de nylon. Pour cela, un acide dicarboxylique dont la chaîne comporte exactement six atomes de carbone est idéal. Cela impose toutefois des exigences plus élevées en matière de sélectivité de la réaction et d'éventuels procédés de séparation.

Au cours de l'expérience, les chimistes de LIKAT ont déjà réussi à limiter la longueur de chaîne de leur produit à quatre à dix atomes de carbone. Ils souhaitent encore améliorer ce résultat en collaboration avec le professeur Udo Kragl, du département de chimie technique de l'université de Rostock. C'est notamment dans ce but qu'ils ont déposé une demande de subvention auprès de la DFG.

Dans le cadre de ce projet, ils souhaitent également élucider le mécanisme de réaction en collaboration avec des analystes du LIKAT : il s'agit avant tout de déterminer quels intermédiaires apparaissent au cours du processus de réaction, à quel moment et à quelle vitesse. Une collaboration est également en cours avec un collègue de l’université de Guayaquil (Équateur) qui étudie, dans le cadre d’expériences photochimiques, l’influence de la lumière sur le rôle des ROS, les espèces réactives.