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Page 1: Recyclage des matériaux composites

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Présenté par :Fatma FEKIFatma HACHEDKhaoula JallouliMaha CHARFEDDINESyrine YOUSSEF

Gmat 32

Recyclage des matériaux composites

Page 2: Recyclage des matériaux composites

Conclusion

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Introduction

Matières premières

Procédés de recyclage

Avantages et

inconvénients

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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

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Production mondiale de composites : 7,6 millions de

tonnes/an

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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

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• 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

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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

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Sources de déchets

composites

Produits non-conformes

Chutes de production

Fin de vie de produits

Problèmes de durée de

vie

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La nature des composites à traiter en fin de

vie est de deux types :

Les matériaux pré-

consommation Les matériaux post-consommation

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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.

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Les matériaux post consommation:

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VHU et PHU

• véhicules hors d’usage

• pièces hors d’usage

produits électriques

• électroniques

bateaux

• pales d’éoliennes

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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).

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leur identification

et leur récupération

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Page 16: Recyclage des matériaux composites

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Page 17: Recyclage des matériaux composites

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.

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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

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Les déchets recyclés par broyage simple sont utilisés

comme charges dans un autre matériau.

L’entreprise : PROMECO

(extruder-système)

Broyer grossièrement des déchets dethermodurcissables avec d’autres matières(thermoplastiques, déchets ménagers, papier)

Les introduits dans une extrudeuse comportantdeux vis sans fin de 120 cm de longueur

Sous l’action de la friction et de la pression latempérature s’élève et fait fondre lesthermoplastiques qui servent de liant pour les autresmatériaux

Le produit est ainsi homogénéisé et lacompression au travers d’une filière donne laforme finale

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Cetteméthodepermet deréaliser

Des briques

pour jardin

Des plaquesde coffragepour béton àlongue duréede vie

Des poteaux pour

l’agriculture

Etc…

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Elle permet seulement d’éviter à une très petite quantité des déchets thermodurcissables de ne pas être enfouie sous terre.

Les produits obtenus sontbas de gamme, cette solutionn’est donc pas envisageablepour le recyclage desthermodurcissables entotalité.

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C’est une installation de broyage enEurope Mixt Composit Recycling (MCR) .

Elle comprend deux étapes possibles debroyage, le broyage primaire et secondaire.

Elle n’accepte pour le moment que lesdéchets de type polyester/verre sans colle,peinture ni inserts métalliques.

Trois gammes de produits sont alorsobtenues :

-Des fibres longues (4 à 15 mm)

-Des fibres courtes (400 à 800 μm)

-Des poudres micronisées avec unegranulométrie moyenne comprise entre 10et 350μm.

C’est une installation de broyage en Europe.

Il existe deux grandes

installations de broyage

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Déchiquetage Broyage

primaire

Broyage

secondaire

Broyage secondaire:

micronisation

Poudre

micronisée

Passant

Passant

Fibres

courtes

Fibres

longues

Tamisage

Tamisage

Schéma du recyclage par broyage

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Procédé

mécanique

InconvénientsAvantages

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Procédé mécanique

Broyage, micronisation

Charges pulvérulentes, renfort fibreux

Valorisation matière

Page 26: Recyclage des matériaux composites

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Page 27: Recyclage des matériaux composites

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

Incinération

Thermolyse

Pyrolyse

Gazéification

Vitrification

Lit fluidisé

Pyrolyse en bain de sels

fondus

Co-incinération

en cimenterie

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Incinération

Des Unités d’Incinération

des Ordures Ménagères

(UIOM)

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).

L'incinération est un

traitement thermique basé sur

la combustion avec excès d'air

des MIOM énergie REFIOM énergie MIDI

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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

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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

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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

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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

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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 .

énergieMatière

première pour

les ciments

Pour obtenir une meilleure qualité de combustible, leur préparation est

généralement effectuée par des organismes spécialisés

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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

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Page 36: Recyclage des matériaux composites

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

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Molécule de base

Fraction inorganique

Charges Renfort

Fraction liquide

Développement de nouveau produit

Solvant

réactif

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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

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Page 39: Recyclage des matériaux composites

Différents agents de dissolution des résines ont été

investigués dans le cadre de multiples projets

Hydrolyse

Acide

verre/époxy

verre/polyuréthane carbone/époxy

Alcool

eau

Glycol

Glycolyse

Acidolyse

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Remarques

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Le groupe OH formé d’une autre molécule sur l’anneau

phtalique va réagir avec un groupe époxydique

Voici un exemple de réticulation d’une résine époxyde

avec les anhydrides d’acides.

Page 41: Recyclage des matériaux composites

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Chauffage à T=150

pendantt une heure

Principe

de procédé de

réticulation

La résine à recycler subit tout d’abord une étape

de décomposition

le réseau tridimensionnel (réticulation) est brisé

Résines époxy durcies initialement par un

acide anhydride, l’agent de dissociation

utilisé est un composé aminé

la résine est plastifiée et purifiée

On ajoute un agent de de

dissociation

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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

Page 43: Recyclage des matériaux composites

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Recyclage de produit en fin de vie composites verre/polyesters

insaturés

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Recyclage des composites de

l’industrie aéronautique

Recyclage des composites pour les

automobiles

Domaines

d’applications

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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.

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Page 46: Recyclage des matériaux composites

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

Page 47: Recyclage des matériaux composites

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Les voies de valorisation des

déchets en composites

thermodurcissables

Valorisation

matièreValorisation mixte

(énergie + matière)

Procédé

thermique

Procédé

chimique

Procédé

mécanique

Valorisation

matière

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Recyclage

Inconvénients Avantages

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Page 49: Recyclage des matériaux composites

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

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Page 50: Recyclage des matériaux composites

Merci pour votre

Attention