Un procédé de traitement des déchets et de réintroduction des matériaux qui en sont issus dans le cycle de production d’autres produits équivalents ou différents

1. 1
Recyclage des matériaux composites
Présenté par :
Fatma FEKI
Fatma HACHED
Khaoula Jallouli
Maha CHARFEDDINE
Syrine YOUSSEF
Gmat 32

2. Conclusion
2
Introduction
Matières
premières
Procédés
de recyclage
Avantages
et
inconvénients

3. 3

4. 4
Les matériaux composites présentent un assemblage de matériaux de
nature différente visant à améliorer les propriétés de chaque matériau
pris séparément.
Ils offrent aux industriels et aux designers des possibilités nouvelles
d’associer des formes et des matériaux de plus en plus performants
A part leur légèreté, leur longévité et leur flexibilité, ces matériaux ont
un grand potentiel de développement

5. Production mondiale de composites : 7,6 millions de
tonnes/an
5

6. Un procédé de traitement des déchets et de
réintroduction des matériaux qui en sont issus dans le
cycle de production d’autres produits équivalents ou
différents
6
• un gisement
stable
impliquant un
tri et une
collecte fiable
• un procédé de
recyclage
économique et
environnemental
• des produits en
matières recyclées
devant être
rentables et avoir
la confiance du
consommateur.
Recyclage

7. Problématique
Des problématiques techniques
•Un matériau composite comprend par définition de multiples composants
(Résine, fibres, charges) recyclage perçu comme étant difficile
•Non fusibles et non solubles, les thermodurcissables sont présentes comme non
Recyclables  Les solutions de recyclage sont méconnues.
Des problématiques économiques
•Part des composites relativement faible  Pas d’intérêt pour leur
récupération en fin de vie
•Mais des atouts  Potentiel de haute valeur ajoutée
7

8. 8

9. 9
Produits non-conformes
Sources de
déchets
composites
Chutes de
production
Fin de vie
de produits
Problèmes
de durée de
vie

10. 10

11. La nature des composites à traiter en fin de
vie est de deux types :
Les matériaux
pré-consommation
Les matériaux post-consommation
11

12. Les matériaux pré-consommation:
 Des pièces défectueuses et chutes issues des découpes.
(Si elles ne sont pas mélangées, les pièces peuvent être identifiées)
 La part de ces matériaux est estimée grossièrement en
moyenne à 7% de la production totale.
 Ce taux est lié à la technique de production utilisée et au type
de pièces fabriquées. On peut l’estimer de 2 à 3% pour les
SMC, de l’ordre de 5% pour les plaques et de l’ordre de 10%
pour les produits longs.
12

13. Les matériaux post consommation:
13
VHU et
PHU
• véhicules
hors d’usage
• pièces hors
d’usage
produits
électriques
• électroniques
bateaux
• pales
d’éoliennes

14. Les matériaux post consommation:
L’évaluation du marché total des composites en fin de vie
dépend donc des hypothèses formulées :
+ Le type de matériau fabriqué avec un procédé donné.
+ produits de pré-consommation,
+ l’ensemble des matériaux pré- et post-consommation,
ce qui correspond approximativement à la production
totale (si l’on prend en compte la durée de vie).
14
leur identification
et leur récupération

15. 15

16. 16

17. Procédé
mécanique
Cette méthode consiste à
rebroyer les fragments obtenus
en granulés de petite taille de
façon, par exemple, à les
réincorporer dans des
revêtements (bitumes ou
ciments).
Broyage est suffisamment fin
La poudre peut-être incorporée dans des semi-produits
thermodurcissables : SMC (Sheet Molding Compound) et BMC et
dans certains thermoplastiques.
Il est peu probable d’obtenir un matériau ayant des performances
spécifiques ou un état de surface excellent. Pourtant quelques essais
ont été réalisés sur un thermodurcissable chargé à 15% de poudre
rebroyée, et il s’est avéré que la structure finale ne s’en est pas
trouvée affectée.

18. 18
Le recyclage mécanique
Il permet de séparer la matrice des charges ou
renforts présents dans le déchet mais les propriétés
renforçantes des fibres seront altérées car elles ne
seront pas pures c'est-à-dire qu’elles seront toujours
partiellement couvertes de polymère.
Le broyage altère les caractéristiques mécaniques des composites ce qui
les réduit la plupart du temps à des charges à faible valeur ajoutée. De
plus le coût de ces opérations (jusqu’à 460 euros par tonnes), fait que les
charges obtenues sont peu intéressantes par rapport à des renforts
vierges.
Le broyage des déchets:
*polyester/verre pour la cimenterie est de 150 euros
par tonnes
* époxy/silice ce coût descend à 100 euros par tonnes

19. 19
Les déchets recyclés par broyage simple sont utilisés
comme charges dans un autre matériau.
L’entreprise : PROMECO
(extruder-système)
Broyer grossièrement des déchets de
thermodurcissables avec d’autres matières
(thermoplastiques, déchets ménagers, papier)
Les introduits dans une extrudeuse comportant
deux vis sans fin de 120 cm de longueur
Sous l’action de la friction et de la pression la
température s’élève et fait fondre les
thermoplastiques qui servent de liant pour les autres
matériaux
Le produit est ainsi homogénéisé et la
compression au travers d’une filière donne la
forme finale

20. 20
Des
briques
pour
jardin
Cette
méthode
permet de
réaliser
Des plaques
de coffrage
pour béton à
longue durée
de vie
Des poteaux
pour
l’agriculture
Etc…

21. 21
Elle permet seulement
d’éviter à une très petite
quantité des déchets
thermodurcissables de ne
pas être enfouie sous terre.
Les produits obtenus sont
bas de gamme, cette solution
n’est donc pas envisageable
pour le recyclage des
thermodurcissables en
totalité.

22. C’est une installation de broyage en
Europe Mixt Composit Recycling (MCR) .
Elle comprend deux étapes possibles de
broyage, le broyage primaire et secondaire.
Elle n’accepte pour le moment que les
déchets de type polyester/verre sans colle,
peinture ni inserts métalliques.
Trois gammes de produits sont alors
obtenues :
-Des fibres longues (4 à 15 mm)
-Des fibres courtes (400 à 800 μm)
-Des poudres micronisées avec une
granulométrie moyenne comprise entre 10
et 350μm.
C’est une installation de
broyage en Europe.
Il existe deux grandes
installations de broyage
22

23. 23
Déchiquetage
Broyage
primaire
Broyage secondaire:
micronisation
Broyage
secondaire
Poudre
micronisée
Fibres
courtes
Passant
Fibres
longues
Passant
Tamisage
Tamisage
Schéma du recyclage par broyage

24. Procédé
mécanique
Avantages Inconvénients

25. Procédé mécanique
Broyage, micronisation
Charges pulvérulentes,
renfort fibreux
Valorisation matière

26. 26

27. Procédé
thermique
lorsque la matière du déchet est
transformée grâce à son potentiel
calorifique en énergie thermique
(valorisation énergétique), et dans
certains cas en résidus pouvant être
utilisés comme matériaux à des fins
diverses (valorisation matière) hors
carburants.
Il existe
différentes
méthodes
Thermolyse
Pyrolyse
Gazéification
Vitrification
Incinération
Lit fluidisé
Pyrolyse en
bain de sels
fondus
Co-incinération
en cimenterie

28. 28
Incinération
Des Unités d’Incinération
des Ordures Ménagères
(UIOM)
L'incinération est un
traitement thermique basé sur
la combustion avec excès d'air
Centres d’incinération
industrielle
Les déchets composites pourraient être valorisés en
mélange avec les ordures ménagères (OM).
. Les déchets sont brûlés pendant deux à trois heures
environ à une température maximale de 400 °C pour
les solides et de 1000°C pour les gaz.
Les centres d’incinération industrielle
sont peu nombreux par rapport aux
UIOM et sont spécialisés dans le
traitement des DIB (déchets industriels
banals).
des MIOM
REFIOM énergie énergie MIDI

29. 29
Thermolyse
La thermolyse est un procédé thermique de traitement des
déchets organiques à température moyennement élevée et en
l'absence d'oxygène.
Les déchets sont introduits dans un four hermétique chauffé
entre 450 et 750 °C. En l'absence d'air et sous l'effet de la chaleur
les déchets se décomposent en deux phases: *un résidu solide
*un gaz
énergie
Solide carboné
(combustible)
Le gros avantage de ce
procédé par rapport à
l’incinération
Produit deux fois moins de fumées et que celles-ci ne
contiennent ni dioxines, ni métaux lourds
Les installations de traitements des fumées sont
nettement moins importantes

30. 30
Gazéification
Elle permet de convertir des déchets contenant du carbone
en syngaz grâce à la chaleur mais avec une réaction limitée
par une quantité limitée d’oxygène.
La vitrification
Consiste à chauffer les déchets à une température telle que
leur fraction non combustible fonde.
Un refroidissement brutal conduit à un produit
s'apparentant à un verre nommé « vitrifiât ».
Mâchefers
résidus
solides
combustibles
(coke)
résidus
huileux
combustibles
gaz

31. 31
Lit fluidisé
Il permet de traiter des composites à base
thermodurcissable renforcée par des fibres de verre
ou de carbone que se soient des matériaux pré- ou
post-consommation.
gaz fibres

32. 32
Pyrolyse en bain de sel fondus
Les réactions de dépolymerisations se passent à l'abri de l'air dans
un milieu dont la composition peut être adaptée aux déchets à traiter.
Le bain de sels fondus peut être un mélange eutectique à bas point de
fusion et sa composition chimique peut être choisie pour jouer le rôle
de catalyseur et ainsi améliorer le rendement énergétique.
gaz fibres coke goudron
Intérêt Permettre le traitement de pièces composites polluées par
des peintures ou vernis
Il n'existe pas à notre connaissance de site industriel utilisant
la pyrolyse en bain de sels fondus, cette technique restant au
stade de l'essai

33. 33
Co-incinération en cimenterie
Les déchets composites, thermodurcis en particulier, peuvent êtres utilisés
comme combustible de substitution en cimenterie. En effet, la composition
des composites, riches en matières minérales pouvant être incorporées au
ciment (apport de CaCO3, d'alumine et de silice, constituant de base des
fibres de verre), rend ces déchets intéressants .
énergie
Matière
première pour
les ciments
Pour obtenir une meilleure qualité de combustible, leur préparation est
généralement effectuée par des organismes spécialisés

34. 34
Procédé
thermique
Incinération
Thermolyse
Pyrolyse
Gazéification
Vitrification
Co-incinération
en
cimenterie
Pyrolyse en
bain de sels
fondus
Lit fluidisé
Mâchefers ,résidus
solides combustibles
(coke), résidus huileux
combustibles, gaz
Gaz
fibres
Matières
minérales
pour ciment,
énergie
Gaz ,fibres,
coke, goudron
Valorisation
énergétique Valorisation mixte

35. 35

36. La solution chimique au recyclage suit une méthode qui consiste à
briser la structure tridimensionnelle formée par le réseau
macromolécules/ponts de réticulation
Il existe plusieurs techniques de recyclage se rapportant au
procédé chimique
35

37. 37
Molécule de base
Fraction
inorganique
Charges Renfort
Fraction liquide
Développement de
nouveau produit
Solvant
réactif

38. Le solvolyse performante permet un recyclage intégral du composite,
associant une valorisation de tous les composants
Les produits obtenus possèdent des groupements chimiques qui sont
fonction du solvant utilisé
Il est impossible de revenir au monomère de départ après
dépolymérisation
38

39. Différents agents de dissolution des résines ont été
investigués dans le cadre de multiples projets
Hydrolyse
Acidolyse
Acide
verre/époxy
Alcool
eau
Glycolyse
Glycol
verre/polyuréthane carbone/époxy

40. Remarques
Voici un exemple de réticulation d’une résine époxyde
avec les anhydrides d’acides.
Le groupe OH formé d’une autre molécule sur l’anneau
40
phtalique va réagir avec un groupe époxydique

41. 41
On ajoute un agent de de
dissociation
la résine est plastifiée et purifiée
Chauffage à T=150
pendantt une heure
Principe
de procédé de
réticulation
Résines époxy durcies initialement par un
acide anhydride, l’agent de dissociation
utilisé est un composé aminé
La résine à recycler subit tout d’abord une étape
de décomposition
le réseau tridimensionnel (réticulation) est brisé

42. 42
Une autre technique, allie le recyclage mécanique à la
solvolyse , dans la valorisation des déchets SMC :
Les fibres obtenues par le recyclage mécanique sont
partiellement polluées par des résidus de matière.
Le traitement par solvolyse va ensuite conférer à ces
fibres de faible longueur un état de surface qui donnera
une meilleure adhésion pour leur réutilisation en tant
que renforts.
Le résultat de cette technique est convaincant car les
fibres obtenues sont à la fin très peu contaminées

43. 43
Recyclage de produit en fin de vie composites verre/polyesters
insaturés

44. 44
Recyclage des
composites de
l’industrie
aéronautique
Domaines
d’applications
Recyclage des
composites pour les
automobiles

45. Avantages
Le grand avantage de ce procédé est que les produits obtenus sont
propres.
• La fraction liquide récupérée peut être distillée en ligne par des
équipements comportant une analyse chromatographique en
continu, ou envoyée dans une unité de traitement de solvant.
• les fibres pourront être récupérées, totalement dépolluées, lors de
la régénération du bain ou de sa filtration.
• De plus, la pyrolyse pourrait permettre de recycler des produits
contenant des polluants tels que la peinture ou les vernis.
45

46. Inconvénients
La dépolymérisation chimique des composites
thermodurcis est encore souvent au stade expérimental,
au mieux au stade de démonstrateurs industriels.
Cette méthode est techniquement difficile à appliquer pour
d'autres époxydes réticulés par des amines ,
Ce type de traitement nécessite donc un tri sélectif
rigoureux des déchets à la source, dès lors que les
procédés de traitements chimiques concernés ne peuvent
s'accommoder de contaminations 46

47. 47
Les voies de valorisation des
déchets en composites
thermodurcissables
Valorisation
matière
Procédé
thermique
Valorisation mixte
(énergie + matière)
Procédé
chimique
Procédé
mécanique
Valorisation
matière

48. Recyclage
Inconvénients Avantages
47

49. Conclusion
Les buts du recyclage sont non seulement de réduire la quantité de
déchets déposés en décharges ou enfouis mais aussi de valoriser ces
déchets en les réutilisant pour diverses applications plus ou moins
intéressantes.
Besoin de solutions fiables et durables pour la gestion des déchets
composites
Impératifs du recyclage
Réduction de la masse des déchets par prévention à la source lors de la
production
Réutilisation des produits
Incinération des déchets (avec valorisation de matière / d’énergie)
Mise en décharge
49

50. Merci pour votre
Attention