PlastXnow explique  Recyclage chimique : de nouvelles perspectives pour les déchets plastiques 

Les déchets plastiques posent des défis majeurs à l'industrie et à la société. Le recyclage chimique permet de transformer des flux de plastiques complexes ou contaminés en matières premières de haute qualité. 

Notre vie moderne est inconcevable sans les matières plastiques. Elles constituent la base de nombreuses chaînes de valeur, allant des emballages aux applications automobiles, en passant par les produits chimiques de haute technologie et les produits chimiques spécialisés. 

Le défi consiste donc à réintroduire ces matériaux dans le cycle des matières premières pétrochimiques à la fin de leur cycle de vie. En Allemagne, selon des études récentes, moins de 40 % sont recyclés. Cela signifie également que la majeure partie est encore incinérée.

Le recyclage chimique permet de réintroduire dans le cycle les déchets plastiques difficiles à valoriser 

Diverses méthodes mécaniques ont entre-temps été mises au point recyclage des plastiques et des procédés de tri des déchets plastiques ont été développées, mais certaines se heurtent à des limites technologiques. C’est notamment le cas des déchets trop souillés ou des plastiques très complexes. Mais même en ce qui concerne les applications, tous les marchés potentiels ne sont pas accessibles, par exemple les produits destinés à entrer en contact avec des denrées alimentaires ainsi que les dispositifs médicaux.

C'est précisément là qu'intervient le recyclage chimique des plastiques. Cet article présente les principaux procédés, leurs avantages et leur rôle dans une économie circulaire durable. 

Qu'est-ce que le recyclage chimique ?

Le recyclage chimique (également appelé « recyclage matière première ») est un terme générique désignant les procédés dans lesquels les déchets plastiques ne sont pas simplement broyés et refondus, comme c'est le cas dans le recyclage mécanique. Au lieu de cela, ils sont décomposés en leurs composants de base (monomères). À partir de ceux-ci, il est ensuite possible de fabriquer de nouveaux plastiques, des matières premières ou des produits chimiques.

Quelles sont les procédures existantes ?

Ces dernières années, le terme « recyclage chimique » a surtout été évoqué dans le contexte des déchets d'emballages. Il désignait le plus souvent le procédé de pyrolyse. Or, ce terme recouvre également d'autres technologies de recyclage qui, sur le plan technique, diffèrent parfois considérablement de la pyrolyse.

Aperçu des différents procédés de recyclage des plastiques. Source : nova-institute.eu, à l'adresse www.renewable-carbon.eu/graphics

Outre la pyrolyse déjà mentionnée, les principaux procédés comprennent également la solvolyse et la gazéification. Nous allons les expliquer brièvement dans la section suivante :

• Lors de la pyrolyse, le plastique est décomposé thermiquement à haute température en l'absence d'oxygène. Ce processus génère des huiles, des gaz et des résidus solides (coke/cendres) qui peuvent être réutilisés comme matières premières. La pyrolyse est surtout en Allemagne, où elle constitue actuellement la technologie dominante. 
• La solvolyse permet de décomposer les plastiques à l'aide d'un solvant afin de les ramener à leurs monomères ou à leurs composants chimiques de base. Contrairement à la pyrolyse, ce procédé ne repose pas uniquement sur la chaleur, mais aussi sur des réactions chimiques, souvent à des températures modérées.
• Dans le cadre de la gazéification (vergasung), les plastiques sont transformés en gaz de synthèse (syngaz) à très haute température, avec un apport contrôlé d'oxygène. Contrairement à la pyrolyse, par exemple, on utilise ici une faible quantité d’oxygène ou de vapeur d’eau afin que le matériau ne brûle pas, mais se transforme en gaz. La gazéification en est encore en grande partie au stade pilote et ne joue pour l’instant pratiquement aucun rôle.

Il existe par ailleurs toute une série de procédés spécifiques, notamment dans le domaine du PET (polyéthylène téréphtalate), un plastique fréquemment utilisé dans les emballages et les bouteilles :

Avantages du recyclage chimique

Le recyclage chimique présente plusieurs avantages potentiels. C'est particulièrement vrai lorsque le recyclage mécanique atteint ses limites.

• Valorisation des déchets plastiques fortement souillés ou mélangés : De nombreux déchets plastiques (notamment les matériaux composites, les mélanges de films plastiques, les emballages souillés) ne peuvent être recyclés que très difficilement, voire pas du tout, par des procédés mécaniques. Le recyclage chimique des plastiques permet néanmoins de valoriser ces flux de matières.
• Fabrication de matières premières « comme neuves » : Les plastiques sont décomposés en monomères ou en matières premières chimiques pratiquement identiques aux matières premières fossiles. Cela permet d'obtenir des produits de qualité vierge, même pour des applications exigeantes.
• Économie circulaire pour les plastiques : Les matériaux qui seraient autrement incinérés peuvent être réintroduits dans la chaîne de valeur chimique. Cela permet d'économiser des ressources et peut, à long terme, réduire les besoins en pétrole.
• Potentiel de réduction des émissions de CO₂ : Selon le procédé et la source d'énergie utilisés, le recyclage chimique peut améliorer le bilan carbone, en particulier lorsqu'il fait appel à des énergies renouvelables ou lorsqu'il remplace l'incinération (source d'émissions liées aux énergies fossiles).

Inconvénients du recyclage chimique

Outre ses avantages, le recyclage chimique présente également des inconvénients et des défis majeurs, qui font actuellement l'objet de vifs débats. La plupart des procédés (pyrolyse, gazéification, solvolyse) nécessitent des températures élevées et donc beaucoup d'énergie. 

Les détracteurs critiquent surtout les énormes quantités d'énergie nécessaires. La pyrolyse s'effectue à plus de 400 degrés Celsius, la gazéification à plus de 1 200 degrés. À titre de comparaison : le recyclage mécanique ne nécessite que 200 degrés. La consommation d'énergie serait trois à quatre fois supérieure à celle des procédés mécaniques. 

Un autre inconvénient réside dans le faible degré de maturité industrielle atteint à ce jour. De nombreuses installations en sont encore au stade pilote ou de démonstration. Cela s'explique notamment par la complexité parfois très élevée de ces installations, dont la construction et l'exploitation entraînent des coûts considérables.

Les détracteurs reprochent par ailleurs que ces procédés soient parfois présentés comme la solution à « tous les déchets plastiques ». Or, le recyclage chimique n'est pertinent que pour certains flux de matières. De plus, la mise en œuvre effective du recyclage est remise en question.

À quels plastiques ces procédés s'appliquent-ils ?

Le recyclage chimique est particulièrement adapté aux déchets plastiques difficiles, voire impossibles, à recycler par des procédés mécaniques. En principe, de nombreux plastiques peuvent être recyclés chimiquement, mais leur aptitude à ce type de recyclage dépend fortement du procédé utilisé et de leur degré de contamination.

Il est particulièrement adapté au recyclage des déchets plastiques mixtes, tels que les mélanges de films plastiques, les matériaux composites et les mélanges de plastiques issus des déchets ménagers. Il existe également des applications pour les déchets de polycarbonate (voir la vidéo), de polyéthylène, de polypropylène, de polystyrène, de polyéthylène téréphtalate ainsi que de polyamides.

Comme toute innovation en matière de recyclage, les procédés chimiques ont eux aussi leurs limites. Les déchets de polychlorure de vinyle (PVC) ou de polyuréthane (PUR) ne peuvent être traités que de manière limitée par ces procédés. Les plastiques haute performance très stables (comme le PTFE) ainsi que les matériaux contenant de nombreux additifs compliquent particulièrement la tâche.

Domaines d'application et secteurs d'activité

Le recyclage chimique présente un intérêt particulier pour les secteurs et les applications qui nécessitent des matériaux recyclés de haute qualité ou qui génèrent des déchets plastiques difficiles à recycler :

Exemple concret : tirer parti des déchets de couches

Les couches jetables pour bébés constituent l'un des exemples les plus frappants de l'économie linéaire : elles sont généralement utilisées une seule fois, puis incinérées ou mises en décharge, alors qu'elles contiennent des non-tissés et des films à base de polyoléfines de grande valeur. 

En réponse à cela, Woosh, une marque de couches réutilisables basée en Belgique, Borouge International, l’un des principaux fournisseurs mondiaux de solutions en polyoléfines, et BlueAlp, une entreprise de premier plan dans le domaine du recyclage chimique disposant d’une usine en exploitation commerciale à Ostende, en Belgique, ont uni leurs forces. Ensemble, ils ont démontré que les plastiques issus de couches pour bébés usagées peuvent être récupérés et recyclés chimiquement en matière première pour de nouveaux polymères. 

L'avenir du recyclage (chimique)

Le recyclage des plastiques est essentiel aux efforts en matière de développement durable, en particulier dans le cadre de l'économie circulaire des plastiques. À cet égard, l'industrie et les responsables politiques s'accordent déjà largement : la technologie clé pour y parvenir est le recyclage mécanique. 

Le recyclage chimique peut toutefois constituer un complément utile. D'ici là, il reste des obstacles importants à surmonter. Tant les technologies elles-mêmes que leur rentabilité doivent encore être optimisées. De plus, il faut s'écarter de l'approche proportionnelle approches de bilan massique.

Pour finir : bon à savoir

Le recyclage chimique existe depuis des décennies. Dès les années 1970, les professeurs Hansjörg Sinn et Walter Kaminsky menaient des recherches dans le domaine de la pyrolyse en lit fluidisé à l'université de Hambourg. Dans le procédé de Hambourg qu'ils ont mis au point, le plastique est décomposé dans un réacteur à lit fluidisé à des températures comprises entre 300 °C et 900 °C, en l'absence d'oxygène.