Une nouvelle méthode de surcyclage du polyéthylène
Convient à la production en série en tant que matière première pour le nylon
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Ce serait un immense avantage pour l’environnement et le climat si, à l’avenir, le nylon — connu sous le nom chimique de polyamide — pouvait être produit à grande échelle à partir de déchets plastiques, plutôt qu’à partir du pétrole, comme cela a été le cas jusqu’à présent. Au LIKAT de Rostock, des chimistes travaillent dans cette voie. Ils ont réussi à transformer de manière sélective le polyéthylène – le principal composant de tous les déchets plastiques – en acides dicarboxyliques, qui peuvent servir de précurseurs chimiques pour le nylon. La réaction se déroule dans des conditions douces et ne nécessite même pas de catalyseur. L’objectif est de mettre au point un procédé à l’échelle d’une installation pilote. À cette fin, l’équipe cherche à accroître la sélectivité et à élucider les mécanismes de réaction.
La pyrolyse n’est plus une solution durable
Le polyéthylène, matériau utilisé dans les sacs en plastique omniprésents, représente, avec le polypropylène, les quatre cinquièmes des déchets plastiques — soit environ 400 millions de tonnes par an dans le monde. La pyrolyse est devenue la méthode établie pour le recyclage chimique de ces polyoléfines, comme l’explique le Dr Esteban Mejía, chef de groupe à l’Institut Leibniz pour la catalyse (LIKAT) : « Le plastique est brûlé de manière contrôlée à des températures pouvant atteindre 600 degrés Celsius. »
Bien que le résultat soit effectivement une « huile de haute qualité » et que le procédé n’émette pas de CO₂, l’énorme quantité d’énergie consommée signifie que la pyrolyse laisse une empreinte carbone si importante que les autorités environnementales tirent la sonnette d’alarme. Aux États-Unis, des usines de pyrolyse sont déjà en cours de fermeture.
Les espèces réactives de l’oxygène comme outil
Cela soulève la question des alternatives. Les chercheurs connaissent plusieurs procédés catalytiques qui fonctionnent par oxydation, tout comme la pyrolyse, explique Esteban Mejía. « Dans ces procédés, une espèce réactive de l’oxygène — que nous appelons ROS — se forme à la surface du polyéthylène. » Comme le savent désormais les chimistes, ce sont précisément ces espèces qui jouent un rôle déterminant. Le Dr Mejía précise : « Les ROS décomposent chimiquement le polyéthylène. Elles rongeent pour ainsi dire le matériau. »
Cependant, cette réaction nécessite une pression élevée, ce qui rend le procédé explosif. « Il ne peut pas être facilement transposé à une échelle industrielle. » De plus, les catalyseurs sont à base de métaux précieux, ce qui rend l’ensemble du procédé coûteux et dépendant du marché volatil des matières premières.
Au cours de leur revue de la littérature, l’équipe du Dr Mejía a découvert des articles de collègues ayant produit de l’acide dicarboxylique de polyéthylène avec des longueurs de chaîne non spécifiques, notamment en utilisant de l’acide nitrique hautement concentré à 180 degrés Celsius et au micro-ondes. « Ce sont des procédés assez agressifs », explique Esteban Mejía, « mais l’idée de poursuivre dans la voie de l’acide nitrique et de simplifier le procédé nous a intrigués. »
Plus simple signifie : dilué et utilisant du H₂O₂
Depuis avril 2026, un chercheur postdoctoral, le Dr Satyajit Panda, travaille sur ce sujet, aidé temporairement par un étudiant en master de l’université de Rostock. Grâce à des recherches approfondies et à des essais et erreurs, comme le dit le Dr Mejía, le groupe est finalement parvenu à une réaction simple. Le résultat était fascinant : « On place des morceaux d’un sac en plastique dans un tube à essai contenant de l’acide nitrique très dilué et du peroxyde d’hydrogène, on chauffe le mélange jusqu’à 120 degrés maximum, et on observe le polyéthylène se dissoudre. »
Le contrôle de la réaction est toutefois moins simple. « Il est important de maintenir un régime d’apport thermique spécifique », explique Esteban Mejía. En effet, la conversion du polyéthylène en acide dicarboxylique se déroule en plusieurs étapes. Si l’on laisse trop de temps aux produits intermédiaires, la réaction se déroule de manière sous-optimale et aboutit finalement à un mélange complexe.
Sélectivité et mécanisme de réaction
L’acide dicarboxylique est constitué de chaînes d’atomes de carbone de longueurs variables. Les publications précédentes font état de résultats de réaction avec des longueurs de chaîne allant de deux à plus de 40 atomes de carbone. « Les auteurs l’ont utilisé comme tensioactif pour la production de savon », précise Esteban Mejía. Le produit visé par les chimistes de Rostock est toutefois une matière première viable pour le polyamide, mieux connu sous le nom de nylon. Un acide dicarboxylique dont la longueur de chaîne est exactement de six atomes de carbone convient à cet usage. Cela impose donc des exigences plus élevées en matière de sélectivité de la réaction et des processus de séparation éventuels.
Dans le cadre de leurs expériences, les chimistes du LIKAT ont déjà réussi à réduire la longueur de chaîne de leur produit à une valeur comprise entre quatre et dix atomes de carbone. Ils espèrent encore améliorer ce résultat en collaboration avec le professeur Udo Kragl, du département de génie chimique de l’université de Rostock. Ils ont notamment déposé une demande de financement de projet auprès de la DFG à cette fin.
Dans le cadre de ce projet, ils ont également l’intention de travailler avec des analystes du LIKAT pour élucider le mécanisme de réaction : l’objectif principal, comme l’explique Esteban Mejía, est de déterminer « quels intermédiaires se forment au cours du processus de réaction, à quel moment ils se forment et à quelle vitesse ». Ils collaborent également avec un collègue de l’université de Guayaquil, en Équateur, qui étudie l’influence de la lumière sur le rôle des ROS (espèces réactives de l’oxygène) dans le cadre d’expériences photochimiques.
Les déchets comme matière première pour un produit fabriqué en série
On estime à huit millions de tonnes la production mondiale de polyamide, dont la matière première principale est le pétrole. Grâce à la possibilité de valoriser chimiquement le polyéthylène, une grande partie des déchets plastiques pourrait servir de matière première alternative. Le Dr Esteban Mejía : « Une transformation à grande échelle pour la production de nylon permettrait de réduire l’impact environnemental et de rendre l’industrie indépendante des matières premières fossiles dans ce domaine. »
Le groupe du Dr Mejía prépare actuellement un article en vue de sa publication dans THE JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. Il a également reçu une invitation de Singapour pour présenter les résultats de ses recherches lors de la Southeast Asia Catalysis Conference en décembre.
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