Une nouvelle méthode rend le recyclage du verre acrylique économiquement viable
Le secteur pourrait adopter cette méthode dès maintenant
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Moins cher, plus performant, plus pratique : des chercheurs de l'ETH Zurich ont mis au point une nouvelle méthode permettant de décomposer le verre acrylique presque entièrement en ses composants chimiques de base, sans recourir à des solvants ni à de fortes températures. Le recyclage du verre acrylique devient ainsi une réalité.
De grandes quantités de verre acrylique sont utilisées dans le monde entier pour des applications très variées, allant des vitres aux feux arrière des voitures en passant par le mobilier. Trop souvent, le verre acrylique finit encore à la poubelle, alors qu’il se prête parfaitement au recyclage.
Athina Anastasaki, professeure à l’ETH et spécialiste des matériaux, travaille depuis des années à la mise au point de méthodes permettant de décomposer efficacement le verre acrylique en ses composants de base en vue de sa réutilisation. Dans des études précédentes, son équipe avait démontré que ce processus, appelé dépolymérisation, était en principe possible, mais uniquement dans des conditions spécifiques. Par exemple, les chercheurs de l’ETH devaient auparavant modifier chimiquement les chaînes polymères pour y introduire des « liaisons faibles ». D’autres approches nécessitaient de grandes quantités de solvants ou de catalyseurs, voire un rayonnement UV, pour déclencher ou maintenir la dépolymérisation.
Une nouvelle approche qui permet d’économiser de l’énergie et de l’argent
La professeure de l’ETH et son équipe ont désormais mis au point une nouvelle approche, bien plus simple, pour recycler les polymères du verre acrylique. Ils ont publié leurs résultats dans la revue *Nature Chemistry* (page externe).
Grâce à cette nouvelle méthode, les chercheurs peuvent décomposer le polymère presque entièrement en ses éléments constitutifs, appelés monomères. Le rendement en monomères peut atteindre 98 %. Le matériau récupéré est également d’une grande pureté, même lorsque la matière première contient des colorants ou des impuretés. Les monomères récupérés peuvent servir à produire de nouveaux polymères de même qualité que ceux obtenus lors du traitement initial.
Ce procédé nécessite par ailleurs nettement moins d’énergie que les autres méthodes. La dépolymérisation commence à un peu plus de 200 degrés Celsius, contre un minimum de 400 degrés auparavant. De plus, ce procédé n’utilise absolument aucun solvant. « Ce qui rend notre nouvelle approche si passionnante, c’est sa simplicité », explique Richard Whitfield, auteur principal de l’étude et ancien chercheur associé au sein du groupe d’Anastasaki.
Une seule substance suffit
Au cœur de cette nouvelle méthode se trouve un seul composé chimique appartenant à une classe de substances appelées N-hydroxyimides. Ce réactif, disponible dans le commerce et peu coûteux, attaque les chaînes polymères du verre acrylique, les brisant et libérant ainsi les monomères. Une fois le réactif ajouté, la réaction se déroule d’elle-même.
Le choix du réactif n’était pas le fruit du hasard. « Nous avons mené des recherches systématiques jusqu’à ce que nous trouvions cette substance. » Ce réactif unique suffit à déclencher la dépolymérisation. « La seule chose qui nous a surpris, c’est qu’un seul produit chimique ait réellement suffi pour la réaction », explique Anastasaki.
Dans sa recherche d’un réactif adapté, son groupe a collaboré avec Tae-Lim Choi et Gunnar Jeschke, professeurs de chimie à l’ETH. « Sans l’excellente collaboration avec ces deux collègues, de nombreuses questions seraient restées sans réponse », souligne Anastasaki.
Brevet déposé, recherche de licenciés
D’autres méthodes de recyclage chimique des plastiques reposent sur un processus appelé pyrolyse, dans lequel les polymères plastiques sont décomposés en leurs composants de base à des températures élevées, généralement supérieures à 400 degrés Celsius. De plus, les monomères récupérés sont souvent relativement impurs, avec des taux d’impuretés pouvant atteindre 3 %. Cela peut nuire à la qualité du plastique produit à partir de ceux-ci.
L’ETH Zurich a déposé une demande de brevet pour cette nouvelle méthode et recherche désormais des licenciés. « La concurrence dans le domaine du recyclage chimique des plastiques est féroce », explique Mme Anastasaki, « en particulier aux États-Unis, où de grands groupes de recherche disposant de moyens financiers importants travaillent dans ce domaine. » Cependant, grâce au solide financement de base fourni par l’ETH Zurich, Mme Anastasaki peut tenir tête à ces groupes – et cette fois-ci, elle a même une longueur d’avance sur ses concurrents américains.
L’industrie pourrait adopter cette méthode immédiatement
L’industrie chimique a manifesté son intérêt pour cette nouvelle méthode. L’un de ses principaux avantages réside dans le fait qu’elle pourrait être mise en œuvre à l’aide des infrastructures existantes et de procédés standard. « L’inconvénient de nos approches précédentes était que les entreprises auraient dû modifier leurs procédés et leurs équipements pour les mettre en œuvre. Pour la plupart d’entre elles, cela aurait représenté un coût trop élevé », explique Mme Anastasaki.
Ses prochaines étapes consisteront à transposer la méthode à plus grande échelle et à acquérir une compréhension détaillée des mécanismes de réaction. S’appuyant sur ces connaissances, les chercheurs de l’ETH visent à développer des substances qui accéléreront encore davantage la dégradation des polymères et amélioreront le rendement en monomères.
Il y a toutefois un petit bémol : la méthode ne fonctionne qu’avec le verre acrylique. D’autres approches sont nécessaires pour décomposer d’autres plastiques en leurs composants de base. La spécialiste des matériaux reste néanmoins optimiste : « Nous allons essayer d’appliquer le même principe au polystyrène, l’un des plastiques les plus utilisés au monde », déclare Anastasaki.
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