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Présenté par :Fatma FEKIFatma HACHEDKhaoula JallouliMaha CHARFEDDINESyrine YOUSSEF
Gmat 32
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
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
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
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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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.
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
Procédé
mécanique
InconvénientsAvantages
Procédé mécanique
Broyage, micronisation
Charges pulvérulentes, renfort fibreux
Valorisation matière
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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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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
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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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
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.
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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
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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
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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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
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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
Recyclage
Inconvénients Avantages
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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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Merci pour votre
Attention