Nouvelle procédure Le PMMA peut être recyclé en consommant moins d'énergie 

Des chercheurs de l'ETH ont mis au point une nouvelle méthode permettant de décomposer le PMMA en ses composants de manière économe en énergie et peu coûteuse. Le matériau recyclé est d'une pureté exceptionnelle, ce qui permet de fabriquer des produits de haute qualité à partir de celui-ci. Ce qui est particulièrement intéressant pour l'industrie, c'est qu'elle pourrait adopter ce procédé dès maintenant.

Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA, également connu sous le nom de verre acrylique ou plexiglas) est utilisé en grandes quantités dans le monde entier pour les applications les plus diverses, allant des « vitres » aux feux arrière de voiture, en passant par le mobilier. Trop souvent encore, le verre acrylique finit à la poubelle. Or, il pourrait très bien être recyclé.

Athina Anastasaki, spécialiste des sciences des matériaux et professeure à l’ETH, travaille depuis des années à la décomposition efficace du verre acrylique en ses composants de base et à la réutilisation de ces derniers. Dans des travaux antérieurs, son équipe a montré que ce que l’on appelle la « dépolymérisation » était certes possible en principe, mais qu’elle nécessitait des conditions particulières : Jusqu’à présent, les chercheurs de l’ETH devaient ainsi modifier chimiquement les chaînes polymères afin d’y intégrer des « points de rupture prédéterminés ». D’autres approches nécessitaient de grandes quantités de solvants, de catalyseurs ou de rayons UV pour déclencher ou maintenir la dépolymérisation.

Une nouvelle approche permet d'économiser de l'énergie et de l'argent

La professeure de l'ETH et son équipe présentent aujourd'hui une nouvelle approche, bien plus simple, pour le recyclage du PMMA. Ils l'ont publiée dans la revue spécialisée Nature Chemistry.

Grâce à cette nouvelle méthode, les chercheurs parviennent à décomposer presque entièrement le polymère en ses composants de base, les monomères : le rendement en monomères atteint jusqu'à 98 %. Le matériau recyclé est en outre extrêmement pur, même lorsque la matière première contient des colorants ou des impuretés. À partir des monomères récupérés, il est possible de fabriquer de nouveaux polymères d’une qualité identique à celle obtenue lors de la première transformation.

Ce procédé consommerait en outre nettement moins d'énergie que d'autres méthodes. La dépolymérisation commence dès un peu plus de 200 degrés Celsius. Jusqu'à présent, il fallait au moins 400 degrés pour y parvenir. Enfin, ce procédé ne nécessite aucun solvant. « Ce qui rend notre nouvelle approche si passionnante, c’est sa simplicité », explique Richard Whitfield, premier auteur de l’étude et ancien collaborateur scientifique au sein du groupe de recherche d’Anastasakis.

Une seule substance suffit

Au cœur de ce nouveau procédé se trouve un composé chimique unique appartenant à la classe des « N-hydroxyimides », un réactif disponible dans le commerce et peu coûteux. Il attaque les chaînes polymères du verre acrylique, les rompt et libère les monomères. Dès l'ajout de cette substance, la réaction se déroule d'elle-même.

Le choix du réactif n'est pas le fruit du hasard. « Nous avons mené des recherches systématiques jusqu'à ce que nous tombions sur cette substance », explique Anastasaki. Celle-ci suffit désormais à déclencher la dépolymérisation. 

Brevet déposé, recherche de licenciés

Autres procédés de recyclage chimique reposent sur ce qu’on appelle la pyrolyse. Ce procédé consiste à décomposer les polymères plastiques en leurs composants de base à des températures élevées, généralement supérieures à 400 degrés. De plus, la pureté des monomères récupérés est souvent faible : ils contiennent jusqu’à 3 % d’impuretés. Cela peut nuire à la qualité du plastique fabriqué à partir de ces monomères.

L'ETH Zurich a déposé une demande de brevet pour cette nouvelle méthode et recherche désormais des preneurs de licence. « La concurrence est rude dans le domaine du recyclage chimique des plastiques, en particulier aux États-Unis, où de grands groupes de recherche disposant de moyens financiers importants travaillent dans ce domaine », explique Anastasaki. Grâce au solide financement de base accordé par l'ETH Zurich, cette spécialiste des sciences des matériaux peut toutefois rester dans la course et a même, cette fois-ci, une longueur d'avance sur ses concurrents américains.

L'industrie pourrait adopter cette approche dès maintenant

L'industrie chimique manifeste de l'intérêt pour cette nouvelle méthode. En effet, l'un de ses avantages décisifs réside dans le fait que l'industrie pourrait la mettre en œuvre en s'appuyant sur les infrastructures existantes et les processus habituels. « Nos approches précédentes présentaient l’inconvénient d’obliger les entreprises à modifier leurs processus et leurs installations pour les mettre en œuvre. C’est trop coûteux pour la plupart d’entre elles », explique Anastasaki.

Dans les prochaines étapes, elle souhaite étendre cette méthode à plus grande échelle et comprendre en détail les mécanismes de réaction. Sur cette base, les chercheurs de l'ETH souhaitent développer des substances capables d'accélérer encore davantage la dégradation des polymères et d'optimiser davantage le rendement en monomères.

Il y a toutefois un petit bémol : ce procédé ne fonctionne que pour le plexiglas. Pour décomposer d'autres plastiques en leurs composants de base, d'autres approches sont nécessaires. La chercheuse en science des matériaux reste néanmoins optimiste : « Nous allons essayer d'appliquer ce principe également au polystyrène, l’un des plastiques les plus utilisés au monde », explique Anastasaki.