La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi...

19
La vie des bouchons plastiques… Eco-reusage à valeur ajoutée. AMC2 – Matériaux pour l’éco-conception Robert Le Roy Leda Dimitriadi Mariano Re | Marina Zilberman ENSA Paris-Malaquais 2013-2014

Transcript of La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi...

Page 1: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

La vie des bouchons plastiques… Eco-reusage à valeur ajoutée.

AMC2 – Matériaux pour l’éco-conception Robert Le Roy

Leda Dimitriadi Mariano Re | Marina Zilberman

ENSA Paris-Malaquais 2013-2014

Page 2: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

2

Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se fait dans le bac jaune avec les autres polymères et matériaux recyclables.

Les chiffres officiels indiquent que de 10 bouteilles et flacons plastiques, triés par les habitants, 5,4 sont recyclées. À la fois, de 435 000 tonnes de bouteilles et flacons mis sur le marché, 235 568 tonnes sont recyclées1.

Recyclage des plastiques par la mairie – Activité lucrative.

Après la collecte de poubelles, les différents matériaux sont séparés dans les usines de tri pour pouvoir être vendus à chaque entreprise de recyclage. Avec les profits la mairie finance la collecte et l’entretien des équipements.

Les différents types de polymères sont séparés pour permettre son recyclage. Le processus est très spécifique pour chaque matériau. En ce cas, les bouteilles et ses bouchons sont différents types de polymères : le corps de la bouteille est de PET (Polyéthylène Téréphtalate) et les bouchons sont en PEhD (Polyéthylène haut-densité). Les industriels les dissocient avec l’utilisation de l’eau et la différence de densités : le PEhD flotte tandis que le PET coule.

Recyclage des bouchons plastiques par ONG – Activité non lucrative. Il s’agit de la collecte ponctuelle des bouchons en PEhD par organisations2 qui donnent leurs profits aux hôpitaux. Les trajets moyens sont de 432 km par tonne transportée en 20123. Étude de cas « Les Bouchons d’Amour»

- Collecte de février 2001 au 30 avril 2005 : 7 732 tonnes soit environ 2 milliards 706 millions de bouchons. - Collecte depuis le 1er Mai 2005 : 10 648 tonnes soit environ 3 milliards 667 millions de bouchons.

. Total 2012 : 1450,250 tonnes

. Total 2011 : 1342,550 tonnes

. Total 2010 : 1270,770 tonnes

. Total 2005 : 1089,755 tonnes

Les bouchons sont amenés à l’association par des collaborateurs, soit des institutions ou familles individuelles. Quand 10 tonnes de bouchons sont collectées, ils remplissent un camion qui partira en Belgique, chez Eryplast. Cette entreprise achète les bouchons à 210 euros la tonne pour les recycler et transformer en objets ultimes (palettes plastiques).

1 Source étude PWC-ECO-EMBALLAGES. 2 En France on trouve beaucoup de ce type d’organisations, par exemple Les Bouchons d’Amour, Bouchons 276, Les bouchons de l’Espoir 67, entre autres. 3 Source Valorplast.

Point de collecte à Castorama, Paris.

Page 3: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

3

Séquence des activités qui compose le processus du recyclage du PEhD réalisée par les entreprises. Processus du recyclage du PEhD dans l’usine.4

4 Source Kun Sheng Machine Co

Page 4: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

4

PEhD

Le polyéthylène haute densité a été synthétisé en 1953 par le chimiste et prix Nobel allemand Karl Ziegler. La synthèse a lieu par polymérisation coordinative.

Identification

Synonymes PEHD

HDPE

No CAS 9002-88-4

No EINECS de l’ère commune

Propriétés chimiques

Formule brute C2H4 [Isomères]

Masse molaire 28,0532 ± 0,0019 g/mol

C 85,63 %, H 14,37 %,

Propriétés physiques

Masse volumique 0,941–0,965 g·cm-32

Conductivité thermique 0,43–0,51 W·m-1·K-1

Propriétés électroniques

Constante diélectrique 2,3 (60 Hz)

2,3 (1 MHz)2

Propriétés optiques

Indice de réfraction 1,542

Transparence translucide

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Page 5: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

5

Principales propriétés du PEhD5 Résistance chimique : Le PEhD résiste aux eaux usées ménagères et chimiques, aux acides et aux eaux de lessive dans une large gamme de concentration et de température à des pH de 1 à 14. Insoluble dans la totalité des solvants organiques et inorganiques à 20°C, il est le mieux adapté pour la résistance au H2S. Solidité aux chocs : Le PEhD résiste bien aux chocs, même à basse température. C'est donc un matériau qui ne craint pas l'ambiance rude des chantiers, et des différents chocs dans les locaux techniques. D'autre part, il n'est pas sensible aux chocs thermiques. Absence de toxicité : Les tuyaux en PEhD sont employés pour le transport et stockage des fluides alimentaires et des eaux potables (sources ou compagnies des eaux) les tubes et emballages utilisés sont alors dits « organoleptiques ». Faible conductivité thermique : Toutes les matières synthétiques sont mauvaises conductrices de chaleur et donc bonnes isolantes. Conductivité du PEhD : 0,37 Kcal/mh°C = 0,43W/mK. Tenue à la température : Le PEhD peut être utilisé sans crainte pour l'écoulement d'eau jusqu'à 80 °C en continu, 100 °C en intermittence, ceci sans solution mécanique. Les brèves expositions à la vapeur sont admises. Résistance au gel : Les siphons, gouttières et autres éléments en PEhD, pris dans la glace, se prêtent à la déformation et retrouvent sans dommage leur forme initiale au dégel. Le polyéthylène supporte sans dommage des températures atteignant - 40 °C. Condensation : Grâce à leur faible conductibilité thermique, les surfaces en PEhD condensent moins que celles en acier ou en fonte. Isolant électrique : Le PEhD est une matière non-conductrice d'électricité. Sa valeur ohmique est de 1015 W/cm.

5 Source Polytek

Page 6: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

6

Proposition de sujet + hypothèse Lors d’analyser l’état des bouchons en France, nous avons remarqué que la seule proposition écologique est le recyclage. Néanmoins, cette offre à une limitation : le PEhD peut être recyclé une seule fois. C’est ainsi que du recyclage des bouchons on obtient perpétuellement des « produits ultimes » qui ne pourront pas être recyclées lors de sa fin de vie.

On propose réutiliser les bouchons dans son état naturel pour accroitre son cycle de vie.

Nous trouvons que le PEhD possède des caractéristiques favorables pour contribuer à l’isolation d’un bâtiment : faible conductivité thermique, étanchéité, faible conductivité électrique….

Hypothèse

Nous envisageons la possibilité de réaliser un panneau isolant thermique en utilisant les bouchons en tant que ressource unique. Nous allons créer deux échantillons qui auront pu être extraits d’un panneau de dimensions architecturales. Cela va nous servir pour tester théoriquement et pratiquement notre hypothèse.

Nous disposerons les bouchons en couches superposées et alternées, en générant des bulles d’air immobile qui réduiront énormément la conductivité thermique du panneau et collaborent à créer un isolant performant.

Page 7: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

7

Expérimentation théorique Tout commence par la localisation de notre principale source de matériaux. Nous avons pris contact avec la société « Les Bouchons d’Amour », établie dans tout le territoire Français, avec une filiale à Montreuil. C’est ainsi qu’on a récupéré deux grands sacs de bouchons pour donner de la matière à notre idée. Une fois obtenus les bouchons, triés par nature, nous avons dessiné le panneau en étudiant la logique de superposition. Théoriquement, pour pouvoir enfermer l’air 100% à l’intérieur du même panneau, nous avons dû concevoir quatre couches qui évitent le contact avec l’extérieur.

Première couche Deuxième couche Troisième couche Quatrième couche

Page 8: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

8

Première couche

Deuxième couche

Troisième couche

Quatrième couche

Panneau finale

210mm

230mm

42mm

Page 9: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

9

Conductivité thermique du panneau (théorie) : Le lambda (λ), coefficient de conductivité thermique (en W/m.K ou W. m-1 . K-1), renseigne sur la performance d'isolation d'un matériau. Plus λ est faible, plus le matériau est isolant. La plupart des isolants ont un λ autour de 0,040 W/m.K.

Pour pouvoir analyser le bouchon et l’air enfermé dedans on a séparé en deux directions les calculs : avec le premier on obtient le résultat équivalent horizontaux, pour après l’appliquer sur le deuxième.

Direction horizontaux :

e pehd = 1 mm λ pehd = 0,43 α2 = 1/31 e air = 31 mm λ air = 0,025 α1 = 30/31

1 = 1 + 1 Req R1 R2

λeq = α1 . λ air + α2 . λ pehd

λeq = 30 . 0,025 + 1 . 0,43 = 0,038 W. m-1 . K-1 31 31

0,5 mm

0,5 mm

31 mm

0,5 mm

10 mm

Page 10: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

10

Direction vertical: PEhD e1 = 0,5 mm λ1 = 0,43 Equivalent horizontal e2 = 10 mm λ2 = 0,038

Req = R1 + R2 R = e λ

e1 + e2 = e1 + e2 λeq λ1 λ2

λeq = λ1 + λ2 . (e1 + e2) e1 . λ2 + e2 . λ1

λeq = 0,43 . 0,038 (0,5 + 10) = 0,039 W. m-1 . K-1 0,5 . 0,038 + 10 . 0,43

Comparaison avec des autres matériaux 6:

- Polyuréthane = 0,030 W. m-1 . K-1

- Polystyrène expansé = 0,032 – 0,038 W. m-1 . K-1

- Laine de Verre = 0,032 – 0,042 W. m-1 . K-1

- Bois = 0,045 W. m-1 . K-1

- Paille = 0,07 W. m-1 . K-1

La résistance thermique R (en m².K/W) est obtenue ainsi :

épaisseur d'un matériau en mètres Lambda λ du matériau

Plus R est grand, plus le matériau est isolant. Recommandations RT 2012 : Toiture R=7 Mur R=5 Plancher R = 3,7 R panneau = 0,42 m = 10,76 m².K/W 0,039 W. m-1 . K-1

6 Source Parc Eco-Habitat

Page 11: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

11

Expérimentation pratique

Essai de fabrication du panneau avec ses quatre couches avant de commencer l’expérimentation.

Procédé technique On chauffe une plaque métallique (spatule) avec un décapeur thermique pendant 35 secondes. Pour atteindre une température d’environ 80°C. Après, avec l’effet miroir on colle deux bouchons en les appuyant sur la plaque métallique chaude pendant une seconde. On enlève la spatule et on presse bien les deux bouchons pendant 10 secondes pour que le plastique sèche bien.

On continu à coller un bouchon à la fois avec la même méthode en utilisant le dessin déjà pensé comme guide.

1

2

3

4 5

Page 12: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

12

Après avoir fini tout les couches, il faut couper les excédents sur les bords pour avoir un panneau rectangulaire. (Cela étant un aperçu du panneau qui mesure 1.25x0.60 m)

Pour coller les couches entre elles, on a essayé de les chauffer avec une plaque métallique et deux résistances. On n’a pas réussi à chauffer la plaque métallique de manière homogène pour faire l’effet miroir dans une échelle plus grande.

Nous avons trouvé comme solution de coller les couches avec du ruban adhésif double face pour pouvoir continuer l’expérimentation. Cependant, on pense que on pourrait coller les panneaux avec de la chaleur en effet miroir avec des processus industriels (chauffer une plaque métallique de manière homogène sans déformation et disposer les panneaux un sur l’autre avec précision.)

6

7

Page 13: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

13

Avec le panneau déjà terminé nous continuons la recherche pour trouver les caractéristiques d’isolation thermique qu’on avait prévu au début du travail.

7bis

Page 14: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

14

Conductivité thermique du panneau (essai pratique) : Afin de vérifier les résultats obtenus théoriquement, nous sommes allés à l’École des Ponts Paris Tech pour faire des essais sur l’échantillon.

Pour assurer des résultats spécifiques, nous avons eu besoin d’une température ambiante constante (laboratoire à 23°C).

Nous avons utilisé un appareil spécifique pour mesurer le λ associé à un logiciel NeoTim dans l’ordinateur. L’équipe de mesure se compose d’une alimentation électrique et d’une lame en plastique qui possède un fil chauffant à l’intérieur. Cette lame mesure la quantité de chaleur dissipée par unité de temps, en contact direct avec le matériau.

Pour pouvoir procéder a la mesure du lambda, nous avons créé deux exemplaires égaux. On les dispose un sur l’autre, avec la lame au milieu. Le bloc de béton vu sur les photographies sert à immobiliser les bouts de panneau.

Page 15: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

15

1

2

3

Page 16: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

16

Le software utilisé commence par la stabilisation de la température du matériau, et après la mesure de la température dissipé chaque 0,5 secondes.

Nous avons fait 4 tests avec une source de 0,1 W. Chaque un avait une durée de 90 secondes et deux échantillonnages par seconde.

Résultats :

1er essai λ = 0,053 W. m-1 . K-1

2ème essai λ = 0,092 W. m-1 . K-1

3ème essai λ = 0,07 W. m-1 . K-1

4ème essai λ = 0,069 W. m-1 . K-1

λ = 0,071 W. m-1 . K-1

R = 5,91 m².K/W

Conductivité Thermique

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

0.0

00

5.5

00

11.0

00

16.5

00

22.0

00

27.5

00

33.0

00

38.5

00

44.0

00

49.5

00

55.0

00

60.5

00

66.0

00

71.5

00

77.0

00

82.5

00

88.0

00

temps (s)

tem

péra

ture

(°C

)

1er essai

Page 17: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

17

Résultats + Conclusions Lors de l’expérience théorique et pratique, nous nous trouvons avec un potentiel panneau isolant thermique (voir acoustique).

Nous avons trouvé cependant, une remarquable différence entre les résultats des calculs théoriques et le test pratique du panneau. Nous pouvons apercevoir que cette différence de performance réside dans des permissions acceptées pendant la fabrication artisanale du panneau. Nous trouvons possible que l’air ne soit pas complètement enfermé et immobile dans chaque cellule, et le test a été fait sans que le panneau soit fermé dans son périmètre.

Nous croyons, pourtant, qu’une fabrication industrielle du panneau pourrait augmenter sa performance et pouvoir concurrencer les autres matériaux déjà établies comme isolants thermiques.

Avec ses premiers résultats satisfaisants, nous croyons que le développement de ce produit ne se termine pas dans cette expérience spécifique. On peut penser à un produit fabriqué semi – industriellement et applicable directement à l’architecture.

Propositions pour des applications architecturales. Le reusage des bouchons en plastique semble être un point de départ pour créer un isolant bon marché qui pourrait être utilisé dans les murs et cloisons.

Nous avons développé un panneau avec des mesures standards (0,60x1,25m) et une épaisseur totale de 4,2 cm (composé de quatre couches de 1,05cm) pour trouver une compatibilité avec les différents types constructifs.

Nous imaginons un panneau semi-industrialisé avec les bouchons en plastique comme matière première et unique.

Analyse de la quantité de matière première et cout estimé par panneau :

Le coût des bouchons est 210 € par tonne.

Poids par unité des bouchons : 3 gr

Quantité de bouchons par tonne : 333 333

Quantité des bouchons par panneau : 3 344 (soit 4 fois 836)

1 tonne de bouchons = 100 panneaux

Le cout de la matière première d’un panneau est 2,10 €. Soit, 2.47 € par m2 7.

Le prix des panneaux isolants dans le marché français vont de 1.98 € à 43 €.

7 Sans contempler le coût initial qui implique créer une usine de fabrication des panneaux isolants

(investissement des machines, savoir faire, embaucher personnel, transport, etc.)

Page 18: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

18

Dessin du panneau avec un cadre en plastique pour les bords.

Applications architecturales.

Page 19: La vie des bouchons plastiques Eco-recyclage à valeur · PDF file2 Introduction Parmi les déchets recyclables, les bouchons plastiques abondent. En France, le tri des bouchons se

19

Bibliographie http://www.container-recycling.org/index.php/factsstatistics/plastic

http://www.bouchonsdamour.com/

http://www.paris.fr/pratique/ordures-menageres-tri/recyclage/le-recyclage-des-dechets-collectes-dans-les-bacs-jaunes-ou-blancs/rub_5434_stand_10134_port_11682

http://sustentator.com/blog-es/blog/2012/05/16/como-se-recicla-plastico/

http://www.revedebouchons61.fr/le-recyclage-des-bouchons/

http://www.eryplast.be/

http://wikipedia.fr/

http://www.interplastghana.com/pgs/french/Text%20Technical%20HDPE%2073_FRE.pdf

http://www.interplast.mc/vignettes/33_1329756280.pdf

http://www.bouchons276.org/

http://www.parc-ecohabitat.com/Files/30845/11264173150663.pdf

Collecte des bouchons en Argentine:

http://www.donatustapitas.com.ar/

http://www.vaporlospibes.com.ar/reciclado-de-tapitas