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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Mémoires > Recyclage des biocomposites, point clef ou propriété secondaire ? Révision : 19 janvier 2012  
Recyclage des biocomposites,
point clef ou propriété secondaire ?
 
             Florian MARTOIA et Benoît SAMPSOEN

Élèves ingénieurs 2e Année
 Juin 2011
Mise en ligne - Janvier 2012

Avertissement
Ce mémoire d'étudiants est une première approche du sujet traité dans un temps limité.
À ce titre, il ne peut être considéré comme une étude exhaustive comportant toutes les informations
et tous les acteurs concernés.

 

       
     
  Plan  
I - Introduction
II - Le recyclage, technique de valorisation
des biocomposites en fin de vie
III - Analyse économique et prospective
du recyclage des biocomposites
IV - Conclusion
V - Bibliographie - Webographie
     
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I - Introduction

Plan

   
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            Emballages en biocomposites élaborés par le laboratoire LGP2 de Grenoble INP-Pagora      
  Figure 1 - Emballages
en biocomposites
[Grenoble INP-Pagora, LGP2]
 

Les matériaux composites offrent aux industriels et aux designers des possibilités nouvelles d’associer des fonctions, des formes et des matériaux dans des systèmes de plus en plus performants [Figure 1]. Leur légèreté, leur longévité et leur flexibilité confèrent à ces matériaux un grand potentiel de développement. Ils sont utilisés dans différents domaines tels que l’aéronautique, le sport, l’électronique, le bâtiment,... Avec la raréfaction des ressources pétrolières, les biopolymères connaissent un essor remarquable : ces vingt dernières années, leur production est passée de 0 à plus de 600 000 tonnes par an.

En général, les propriétés physiques de ces matériaux composites sont insuffisantes pour les domaines dans lesquels on souhaite les employer. Toutefois, il est possible de remédier à ces faibles performances par l’apport de fibres végétales dans les biopolymères. Il en résulte des biocomposites dits "vert-vert" aux propriétés physiques renforcées.

Le recyclage est l'une des problématiques actuelles de notre société. Il est intéressant d’étudier cette problématique dans le domaine des biocomposites. Quelles sont les méthodes envisageables ? Sont-elles économiquement viables ? Ne seront-elles pas plus polluantes qu’utiles ? Qu’en est-il de leur utilisation à l’heure actuelle ?

Les objectifs du recyclage sont non seulement de réduire la quantité de déchets déposés dans les décharges ou enfouis, mais aussi de valoriser ces déchets en les réutilisant dans diverses applications plus ou moins intéressantes.

Cette étude vise à déterminer la faisabilité technique du recyclage des biocomposites, l'importance qu'il pourrait prendre dans l’avenir et sa position vis-à-vis des autres procédés de valorisation des biocomposites usagés.

II - Le recyclage, technique de valorisation des biocomposites en fin de vie

Plan

II-1 - Biocomposites : matériaux composites issus de ressources renouvelables

Un matériau composite est constitué d’une ossature (renfort) qui assure la tenue mécanique et d’une protection (matrice) – généralement une matière plastique (résine thermoplastique ou thermodurcissable) – qui garantit la cohésion de la structure et la transmission des efforts vers le renfort.

Un biocomposite est un matériau composite dont  l'une des parties au moins, renfort ou matrice, est issue de ressources renouvelables. Dans ce mémoire, nous nous intéressons uniquement aux biocomposites "vert-vert", autrement dit dont la composition est à 100% biosourcée : une matrice en biopolymère et un renfort en fibres végétales.

Dans le Tableau 1, sont répertoriées les quatre familles de polymères exclusivement issus de ressources renouvelables (biopolymères) ainsi que leur principaux fournisseurs et leur prix de vente moyen.

Famille de biopolymères Nom Principaux fournisseurs Prix moyen (€/kg)
Polymères extraits directement de la biomasse Cellulose, hemicellulose, lignine  Tembec, Södra, Aracraul Variable
Amidon Cargill, Roquette, Syral 0,35
Dérivés de cellulose  CMC, AC, MC Eastman, Dow, Rhodia 2.5 - 4
Polymères synthétisés à partir de bio-monomères PLA NatureWorks, Purac, Futerro 2 - 2.5
PE vert, PP vert, PBS Braskem 2
Polyester BASF 2.5 - 4.5
Polymères produits directement par des organismes PHBV, PHB, PHBO Metabolix 7.5 -15

Tableau 1 - Les quatre familles de biopolymères 100% biosourcés

Le Tableau 2 met en évidence les principaux fournisseurs européens de fibres végétales servant au renfort des biocomposites. Dans le cadre de notre étude sur les biocomposites "vert-vert" ayant une matrice en biopolymère, la colonne qui nous intéresse est celle de la matrice en polyacide lactique (PLA).

                     
  Tableau 2 - Principaux fournisseurs de matières premières (fibres végétales et polymères)
[Pôle Européen de Plasturgie]
 
     

Le prix des fibres végétales est en moyenne de 2 à 10 euros/kg.

Le Tableau 3 compare les renforts en fibres lignocellulosiques aux autres types de fibres utilisés dans les composites.

                Comparaison entre des fibres végétales (lin) et des fibres synthétiques utilisées dans les composites      
  Tableau 3 - Comparaison entre des fibres végétales (lin) et des fibres synthétiques utilisées dans les composites
[Acome - J.Y. Goblot]
 
     

Les fibres végétales ont un coût relativement faible par rapport aux fibres de carbone ou aux fibres de Kevlar présentes actuellement dans de nombreux composites. Les propriétés mécaniques de la fibre de lin sont équivalentes à celles de la fibre de verre. En revanche, elles sont inférieures aux propriétés de la fibre de Kevlar ou de la fibre de carbone, ce qui limite l’utilisation des biocomposites à certains domaines. La faible masse volumique de la fibre végétale explique l’usage croissant des biocomposites dans le secteur automobile où la légèreté est un critère très recherché. Sur le plan environnemental, l’emploi de fibres de lin dans les composites présente un avantage de taille : l'énergie nécessaire à la production est 5 à 10 fois inférieure à celle requise dans le cas des fibres synthétiques.

Actuellement, les biocomposites sont plus chers que les composites ce qui explique leur faible production à l’échelle mondiale. Ce prix élevé est dû à la matrice, faite à partir de biopolymères, le prix des fibres végétales étant quant à lui en moyenne inférieur à celui des fibres synthétiques utilisées dans les composites traditionnels. Cependant, le prix des biopolymères devrait baisser dans les prochaines années grâce au développement et à l’optimisation des moyens de production ainsi qu’à l’augmentation de la demande. Cela entraînera, par la même occasion, une baisse du prix des biocomposites.

II-2 - Recycler les biocomposites : une problématique technique aux enjeux européens

II-2-1 - Des objectifs européens ambitieux quant au recyclage

            Logo du recyclage      
  Figure 2 - Logo du recyclage
[Wikipedia]
 

En 2008, le Parlement européen a adopté la directive 2008/98/CE, pilier central de la politique de l'Union européenne en matière de gestion des déchets.

En ce qui concerne le recyclage [Figure 2], les objectifs que les états membres doivent atteindre d'ici 2020 sont : 50% des déchets ménagers et similaires et 70% des déchets de construction et de démolition.

Les emballages usagés, en tant que déchets ménagers, devront donc satisfaire des critères de recyclabilité plus exigeants. En 2009, Eco-Emballages estime le taux de recyclage des emballages ménagers en France à 63% et fixe comme objectif de passer à un taux de 75% en 2012. La valorisation des biocomposites par recyclage pourrait ainsi devenir une nécessité afin d'obéir à ces exigences voire une obligation si la législation se durcit davantage.

II-2-2 - Le recyclage des biocomposites : un mode de valorisation parmi d'autres

Les biocomposites peuvent être valorisés de trois façons : recyclage, compostage et incinération. Ces trois voies de valorisation sont comparées dans le Tableau 4 ci-dessous.

  Recyclage Compostage Incinération
Avantages Économie de matière première Fertilisant naturel Valorisation énergétique
Politique
de développement durable
Valorisation énergétique
(méthanisation)
Inconvénients Limitation aux biocomposites "vert-vert" Production de CO2
Système nécessitant : Mise en place d'une nouvelle filière
de recyclage
Mise en place de composts
domestiques et industriels

Tableau 4 - Comparaison des différents types de valorisation des biocomposites

Le recyclage est-il une manière de valoriser les biocomposites plus intéressante, sur les plans environnemental et économique, que le compostage ou l’incinération ?

II-2-3 - De multiples techniques pour recycler les biocomposites

Le recyclage des biocomposites peut être mécanique, par remoulage ou encore chimique.

Recyclage mécanique

Par une série d’opérations unitaires – déchiquetage, broyage, tamisage –, il est possible de séparer les fibres présentes dans un biocomposite de la matrice. Les fibres ainsi récupérées ont certes subi une dégradation et restent encore partiellement recouvertes de la matrice, mais elles peuvent être réutilisées pour fabriquer d’autres produits. Par exemple, dans le cas de fibres cellulosiques, il est envisageable de les recycler dans le secteur papetier pour la fabrication de cartons ou d’agglomérés.

Recyclage par remoulage

Dans le cas d’une matrice thermoplastique (polymère fusible), il s'agit de remouler tout simplement le biocomposite à condition de ne pas détériorer le renfort c'est-à-dire les fibres. La condition la plus contraignante est la température de fonte : elle ne doit pas dépasser 200°C, température à laquelle la cellulose se dégrade.

Voici ci-dessous un exemple de résultats obtenus lors du remoulage d’un biocomposite avec matrice thermoplastique, extrait de "Quelles avancées pour les composites à fibres naturelles ?" de C. Pouteau.

Conditions opératoires :

                Évolution du module d’élasticité d’un biocomposite (matrice thermoplastique) 
  en fonction du nombre de cycles de recyclage (recyclage par remoulage)      
  Figure 3 - Évolution du module de traction (ou d'élasticité) d’un biocomposite
(matrice thermoplastique) en fonction du nombre de cycles
de recyclage (recyclage par remoulage)
[Pôle Européen de Plasturgie]
 
     

La Figure 3 montre que le module de traction (ou module d'élasticité ou module de Young) n’est que peu affecté par le remoulage. Le biocomposite possède une résistance mécanique similaire.
Cependant, dans certains cas, le recyclage peut conduire à une amélioration du module de Young car, lors du remoulage, la dispersion des fibres peut augmenter. C'est un atout par rapport aux composites traditionnels ayant un renfort en fibres de verre dont la résistance mécanique décroît en fonction du nombre de cycles de recyclage appliqués car les fibres de verre se cassent lors du remoulage.

Voici un autre exemple de recyclage d’un biocomposite ayant une matrice thermoplastique, extrait de l' "Analyse du cycle de vie d’un biocomposite" d'A. Le Duigou, P. Davies et C. Baley.

Conditions opératoires :

                Évolution du module de Young (A) et de la contrainte à rupture (B) 
  en fonction du nombre de cycles d’injection      
  Figure 4 - Évolution du module de Young (A) et de la contrainte à rupture (B) en fonction du nombre de cycles d’injection
[ Matériaux & Techniques : Analyse du cycle de vie d'un biocomposite]
 
     

Là encore,  le module de Young du biocomposite n’est guère affecté lors du remoulage par injection. Cependant, la contrainte à la rupture diminue fortement en fonction du nombre de cycles de recyclage. Cela peut s’expliquer par le fait que, lors de l’injection, la longueur des fibres est réduite ; de plus, il peut y avoir une dégradation de la matrice.

Il est à noter, comme le soulignent les auteurs, que "bien que les biocomposites se fragilisent lors du recyclage, ils conservent des propriétés intéressantes après les 3 premiers cycles d’injection. Il est par ailleurs important de garder à l’esprit que dans une situation industrielle, la matière recyclée sera mélangée à de la matière non recyclée".

Recyclage par voie chimique

Dans le cas d’une matrice thermodurcissable, il n’est pas possible de procéder à un remoulage du biocomposite. En effet, contrairement aux thermoplastiques, une fois transformés, les matériaux thermodurcissables sont infusibles : ils ne peuvent pas revenir dans leur formulation d’origine et être refondus. Par conséquent, ils sont difficiles à recycler et ne peuvent pas être réutilisés sous forme de matières premières.

Toutefois, de nouvelles techniques de récupération sont à l’étude. Citons par exemple la solvolyse évoquée dans le rapport de stage "Le recyclage des matériaux composites" de M. Boutin et A. Laisney. "Elle consiste à traiter le polymère par un solvant réactif capable de couper des liaisons présentes dans la structure macromoléculaire, conduisant à un mélange liquide de produits de dépolymérisation. Une séparation solide/liquide permet alors de récupérer les fractions inorganiques dans leur état d’origine et donc réutilisables. La fraction liquide peut être réutilisée pour la fabrication de nouveaux matériaux thermodurcissables. Une solvolyse performante permet donc un recyclage intégral du composite, associant une valorisation de tous les composants".

Cette méthode est encore délicate à mettre en œuvre.

II-3 - Impact environnemental des biocomposites mesuré par l'analyse du cycle de vie

L'analyse du cycle de vie (ACV) d’un produit vise à répertorier l’ensemble de ses impacts environnementaux, de sa naissance à sa fin de vie. Envisageons les différentes fins de vie du biocomposite (recyclage, incinération, compostage,...) afin de déterminer la plus intéressante du point de vue environnemental.

Dans l'article "Analyse du cycle de vie d’un biocomposite", A. Le Duigou, P. Davies et C. Baley étudient différentes hypothèses de fin de vie d’un biocomposite constitué d’une matrice thermoplastique PLLA (Poly-L-Lactic Acid) et d’un renfort en fibres de lin, et d'un composite constitué de fibres de verre et de résine polyester.

Fin de vie par incinération

La simulation est basée sur les données suivantes :

Le caractère pétrochimique de la résine polyester lui confère une capacité calorifique élevée en comparaison du PLLA et des fibres de lin. Les fibres de verre nécessitent de l’énergie durant l’incinération. La capacité de récupération d’énergie dépend de la densité, de la composition chimique et du taux d’humidité du matériau.

Fin de vie par recyclage

Le rendement du recyclage est de 90 %. (Recyclage par remoulage d’une matrice thermoplastique de type PLLA).

Fin de vie par mise en décharge (sans récupération de gaz)

Hypothèse : en moyenne, 65 % du carbone contenu dans le biocomposite est transformé en gaz (32,5 % de méthane et 32,5 % de dioxyde de carbone). Le reste est séquestré par la biomasse.

Fin de vie par digestion anaérobie (ou méthanisation)

Hypothèse : en moyenne, 65 % du carbone contenu dans le biocomposite est transformé en méthane (en moyenne 42,5%), en dioxyde de carbone (en moyenne 23,5 %) et est valorisé sous forme de biogaz. Le reste est séquestré par la biomasse.
D'autres données sont prises en compte :

Fin de vie par compostage (procédé aérobie)

Dans le cas du compostage par aérobie, la production de méthane est considérée comme négligeable.
Ainsi 65 % du carbone contenu dans le biocomposite est réémis sous forme de CO2, le reste est stocké sous forme de biomasse. L’impact du compost sur le sol n’est pas pris en compte même si, théoriquement, celui-ci apporte des nutriments. L’analyse ne tient pas compte de l'azote relarguée au cours du processus de méthanisation.

                Consommation énergétique non renouvelable/UF – 
  De l’extraction de matière première à la fin de vie      
  Tableau 5 - Consommation énergétique non renouvelable/UF –
De l’extraction de matière première à la fin de vie
[Matériaux & Techniques : Analyse du cycle de vie d'un biocomposite]
 
     

Ensuite, les auteurs de l'étude comparent la consommation énergétique non renouvelable – énergie fossile (gaz, pétrole, charbon) et énergie nucléaire – des biocomposites (lin/PLLA) et des composites (verre/polyester) en fonction des scénarios de fin de vie [Tableau 5].

Il en ressort les conclusions suivantes :

                Comparaison des impacts environnementaux sur tout le cycle de vie de biocomposite PLLA/lin 
  et composite verre/polyester en fonction des scénarios de fin de vie      
  Figure 5 - Comparaison des impacts environnementaux sur tout le cycle de vie de biocomposite lin/PLLA
et composite verre/polyester en fonction des scénarios de fin de vie
[Analyse du cycle de vie d'un biocomposite]
 
     

Comme le montre la Figure 5, l'impact environnemental des biocomposites lin/PLLA est nettement inférieur à celui des composites verre/polyester dans tous les cas de fin de vie étudiés.

Les auteurs de l'article en conviennent : "La méthanisation des biocomposites est une solution intéressante car elle permet à la fois une séquestration du carbone sous forme de biomasse (baisse de l’indice "Global warming") et une économie de l’énergie utilisée et des impacts liés".
Toutefois, ils soulignent : "Le recyclage est le choix à privilégier. Il permet d’accroître la durée de vie de la matière et donc de stocker le carbone absorbé lors de la photosynthèse. De plus il réduit fortement la consommation de matières premières".

"Le recyclage apparaît comme le scénario de fin de vie à privilégier même si la consommation énergétique est non négligeable. Dans ce sens, la réutilisation demeure la meilleure solution".

II-4 - Créer une filière de recyclage des biocomposites

Si l'intérêt du recyclage des biocomposites est désormais établi, la question de la mise en place d’une filière de recyclage demeure. Certes, dans le domaine industriel, les déchets étant en grandes quantités et d’une composition connue, créer une filière de recyclage ne devrait être trop problématique.
En revanche, dans le cas d’un emballage biocomposite, le recyclage peut s'avérer délicat. Dans un premier temps, cet emballage biocomposite doit suivre le même parcours que les autres déchets recyclables – ce qui n’est en soi pas un problème – pour aboutir dans un centre de tri. Ce dernier doit d’abord séparer les biocomposites des autres composites. Puis, il doit classer les biocomposites qui se différencient non seulement par la nature de leur renfort et de leur matrice mais aussi par les proportions de chacun d’eux.

Malgré tout, il existe déjà des filières de recyclage pour les polymères de commodité qui présentent eux aussi une grande diversité (polyéthylène basse densité (PEBD), polyéthylène (PE), polychlorure de vinyle (PVC), polypropylène (PP) et polystyrène (PS)). C'est pourquoi une filière de recyclage pour les biocomposites semble tout à fait envisageable.

III - Analyse économique et prospective du recyclage des biocomposites

Plan

III-1 - Biocomposites "vert-vert" : marché modeste, croissance en vue

Le recyclage des biocomposites présente un intérêt dans la mesure où la quantité à recycler est importante. Actuellement, le marché des biocomposites "vert-vert" n’est guère étendu. Toutefois, l’épuisement des gisements pétroliers et les fluctuations du prix du baril de pétrole devraient favoriser le remplacement progressif de nombreux composites fabriqués à partir de matières premières pétrochimiques par des biocomposites.

Les composites sont présents dans divers secteurs – automobile, aéronautique, ameublement – et ce marché est en croissance. De plus, de nombreuses recherches sont faites surtout dans le secteur automobile où la légèreté et la résistance des composites sont des propriétés très prisées. D'après l’European Industrial Hemp Association (EIHA), dans les dix prochaines années (2010-2020), la part des biocomposites sur le marché européen des composites va augmenter de manière significative [Figure 6].

                      
  Figure 6 - Évolution envisageable de la part des biocomposites dans le marché européen des composites 2010-2020
[
EIHA]
 
         

III-2 - Quatre facteurs de développement du recyclage des biocomposites

La Figure 7 met en évidence quatre facteurs de développement du recyclage des biocomposites, qu'il est possible de classer par ordre d'importance.

               Principaux facteurs de développement du recyclage des biocomposites      
  Figure 7 - Principaux facteurs de développement du recyclage des biocomposites  
     

Le premier facteur influent est sans nul doute l'extinction annoncée des ressources pétrolières : elle devrait favoriser la croissance des biocomposites et, par conséquent, de leur recyclage. En second, viennent les contraintes politiques, de plus en plus restrictives, imposées par l’Union européenne et par l’Etat. Le troisième facteur est le coût des matières premières : désavantagé par l'instabilité de son prix, le pétrole pourrait être délaissé par les industriels au profit de matières économiquement plus stables. Cela stimulerait le recours aux biocomposites et l’essor de leur filière de recyclage. De plus, les prix des bioplastiques et des fibres végétales étant élevés, le recyclage serait économiquement intéressant en raison du gain de matières qui en résulterait. Enfin, le dernier facteur concerne le marketing : en effet, les produits issus de matériaux recyclés s'inscrivent totalement dans la tendance actuelle en faveur du développement durable.

III-3 - Analyse concurrentielle (diagramme de Porter)

Actuellement, il n'y a pas de quantité suffisante de biocomposites "vert-vert" pour justifier la création d’une filière de recyclage. Seules des prévisions peuvent être faites.
Dans le diagramme de Porter ci-dessous [Figure 8], le recyclage des biocomposites est un nouvel entrant dans le secteur de la valorisation où l’incinération et le compostage ont déjà leur place.
Les filières de recyclage des papiers cartons et des plastiques y figurent également car ce sont celles qui ont la plus grande probabilité d’intégrer le recyclage des biocomposites, ces dernièrs étant constitués de fibres végétales et de polymères.

               Analyse concurrentielle du marché du recyclage des biocomposites      
  Figure 8 - Analyse concurrentielle du marché du recyclage des biocomposites
[Cliquer sur l'image pour l'agrandir]
 
     

III-4 - Diagnostic stratégique (SWOT)

La matrice SWOT présentée dans le Tableau 6 synthétise les paramètres pouvant favoriser ou freiner le développement du recyclage des biocomposites.

Forces Faiblesses
  • Récupération de la matière
  • Faible impact environnemental du produit durant son cycle de vie
  • Piège à carbone
  • Intégration dans une politique de développement durable
  • Valeur marketing du recyclage
  • Filière de recyclage des biocomposites inexistante
  • Beaucoup d'énergie nécessaire au recyclage
  • Perte de propriétés lors du recyclage (fibres abîmées)
  • Tous les biocomposites ne sont pas recyclables (matrices thermodurcissables)
Opportunités Menaces
  • Législations européenne et française en faveur du recyclage
  • Extinction des ressources pétrolières
  • Nécessité de préserver les ressources naturelles à usage alimentaire
  • Confusion entre plastiques et biocomposites lors du tri des déchets par les consommateurs
  • Concurrence d'autres modes de valorisation : incinération, compostage, réutilisation

Tableau 6 - Analyse stratégique via la matrice SWOT du marché du recyclage des biocomposites

III-5 - Trois scénarios

Dans l'ensemble, les scénarios que nous avons choisis sont fondés sur les mêmes hypothèses. Les différences apportées à chacun d'eux concernent des points essentiels.

Nos trois scénarios sont donc basés sur des hypothèses distinctes représentant les différentes opportunités de recyclage identifiées dans notre chapitre technique.

V-2-1 - Scénario tendanciel - Croissance en flèche du recyclage des biocomposites à matrice thermoplastique

Notre scénario débute vers 2030, quand le pétrole devient suffisamment cher pour envisager le recours aux biocomposites. Une fois entrés sur le marché, ils se répandent rapidement. Toutefois, la fabrication des matrices thermoplastiques de ces biocomposites nécessite l’utilisation de ressources naturelles à usage alimentaire. Cela pose un problème éthique car certaines régions du monde sont toujours touchées par la famine et il manque des terres agricoles pour produire à la fois des matières premières destinées à l'alimentation et celles dédiées à la fabrication des biocomposites. Ces conditions justifient la création d’une filière de recyclage des biocomposites à grande échelle. Cependant, la prise de conscience du problème et la mise en place de la filière de recyclage prennent du temps : cette dernière ne voit le jour qu’en 2040.

Par la suite, le recyclage des biocomposites se rapproche de plus en plus de la production des biocomposites à matrice thermoplastique jusqu’à atteindre une phase de maturité et un taux de recyclage de 100%. En considérant notre dernière hypothèse (hypothèse 5) et en tenant compte de l’augmentation de la population française (estimée par l'Insee à 73,6 millions d’habitants en 2060), nous évaluons la quantité de biocomposites recyclés à environ 5 millions de tonnes par an sur une production annuelle de biocomposites de 6,2 millions de tonnes.

Probabilité de réalisation du scénario : 50%.

V-2-2 - Scénario pessimiste - Des biocomposites à 100% recyclables et un taux de recyclage qui s’envole

Notre scénario débute vers 2030, quand le pétrole devient suffisamment cher pour envisager le recours aux biocomposites. Une fois entrés sur le marché, ils se répandent rapidement. Toutefois, la fabrication des matrices thermoplastiques de ces biocomposites nécessite l’utilisation de ressources naturelles à usage alimentaire. Cela pose un problème éthique car certaines régions du monde sont toujours touchées par la famine et il manque des terres agricoles pour produire à la fois des matières premières destinées à l'alimentation et celles dédiées à la fabrication des biocomposites. Ces conditions justifient la création d’une filière de recyclage des biocomposites à grande échelle. Cependant, la prise de conscience du problème et la mise en place de la filière de recyclage prennent du temps : cette dernière ne voit le jour qu’en 2040.

Par la suite, le recyclage des biocomposites se rapproche de plus en plus de la production des biocomposites jusqu’à atteindre une phase de maturité et un taux de recyclage de 100%. En considérant notre dernière hypothèse (hypothèse 7) et en tenant compte de l’augmentation de la population française (estimée par l'Insee à 73,6 millions d’habitants en 2060), nous évaluons la production annuelle de biocomposites à environ 6,2 millions de tonnes.

D’après nos hypothèses, tous les biocomposites à matrices thermoplastique ou thermodurcissable suivent la filière de recyclage. Cependant, rappelons que les matrices thermodurcissables ne sont pas recyclables. Par conséquent, nous estimons la quantité de biocomposites recyclés à environ 5,1 millions de tonnes par an en considérant une moyenne en masse de 15% de fibres dans les biocomposites, soit un taux de recyclage de 83%.

Probabilité de réalisation du scénario : 10%.

V-2-3 - Scénario optimiste - Accord de complémentarité entre recyclage et compostage des biocomposites

Reprenons l’ensemble des hypothèses du premier scénario en faisant varier l'hypothèse 3 :

Notre scénario débute vers 2030, quand le pétrole devient suffisamment cher pour envisager le recours aux biocomposites. Une fois  entrés sur le marché, ils se répandent rapidement. Toutefois, la fabrication des matrices thermoplastiques de ces biocomposites nécessite l’utilisation de ressources naturelles à usage alimentaire. Cela pose un problème éthique car certaines régions du monde sont toujours touchées par la famine et il manque des terres agricoles pour produire à la fois des matières premières destinées à l'alimentation et celles dédiées à la fabrication des biocomposites. Ces conditions justifient la création d’une filière de recyclage des biocomposites à grande échelle. Cependant, la prise de conscience du problème et la mise en place de la filière de recyclage prennent du temps : cette dernière ne voit le jour qu’en 2040.

Une filière de compostage anaérobie est créée et concerne les biocomposites ne suivant pas la filière de recyclage. Par la suite, le recyclage s’intensifie et suit proportionnellement l’augmentation de la production de biocomposites. En considérant notre dernière hypothèse (hypothèse 5) et en tenant compte de l’augmentation de la population française (estimée par l'Insee à 73,6 millions d’habitants en 2060), nous évaluons la quantité de biocomposites recyclés à environ 2,5 millions de tonnes par an sur une production annuelle de biocomposites de 6,2 millions de tonnes. Le reste des biocomposites, soit 3,7 millions de tonnes par an, est valorisé par compostage anaérobie.

Probabilité de réalisation du scénario : 80%.

IV - Conclusion

Plan

En matière de recyclage, la politique de l'Union européenne stipule clairement que des progrès devront être accomplis par les états-membres dans les prochaines années. Dans ce domaine, il faut s'attendre à l'adoption de législations et de réglementations de plus en plus exigeantes.

D'après les études techniques rapportées dans ce mémoire, le recyclage apparaît comme la meilleure valorisation des biocomposites usagés même si sa mise en œuvre n'est pas facile, à première vue. Les analyses de cycle de vie établissent que le recyclage des biocomposites, bien que gourmand en énergie, a globalement l’impact environnemental le plus faible.

Les résultats des essais mécaniques (traction) à différents niveaux de recyclage sont encourageants : malgré une perte de contrainte à la rupture, la résistance mécanique demeure satisfaisante sans compter que, sur le plan industriel, le recyclage des biocomposites ne se fera pas sans l’apport de matières neuves.

Actuellement, il n’existe pas de filière de recyclage destinée aux biocomposites "vert-vert". Sur le plan économique, plusieurs facteurs pourraient favoriser sa création : les contraintes naturelles, les contraintes politiques, le prix des matières premières et le marketing. Dans l'analyse concurrentielle, le recyclage est un nouvel entrant parmi d'autres modes de valorisation des biocomposites. Cependant, la filière de recyclage des biocomposites ne devrait pas partir de rien : les acteurs des filières de recyclage, déjà existantes, des papiers cartons et des plastiques pourraient bien être les mêmes que ceux de cette nouvelle chaîne de recyclage.

Cette étude de veille technologique a porté sur le recyclage des biocomposites "vert-vert", en examinant entre autres l’influence de certains facteurs sur son développement. Par la suite, il serait intéressant d'étudier également l’influence du recyclage des biocomposites sur certains paramètres, en particulier la croissance des biocomposites. Autrement dit, le recyclage des biocomposites favorisera-t-il le développement du marché des biocomposites ?

V - Bibliographie - Webographie

Plan

LE DUIGOU A., DAVIES P., BALEY C. Analyse du cycle de vie d’un biocomposite. Matériaux & Techniques, 2010, vol.98, n°2, pp.143-150
Consulter
POUTEAU C. Quelles avancées pour les composites à fibres naturelles ? PEP, Centre technique de la plasturgie
Colloque "Chanvre", Poitiers, 18-19 mars 2010
Consulter
BOUTIN M., LAISNEY A.   Le recyclage des matériaux composites.   Institut Supérieur de Plasturgie d'Alençon, 25 novembre 2005
Consulter
FODIL S.   Les biopolymères à l’épreuve du temps : durabilité des matériaux biobasés.   PEP, Centre technique de la plasturgie
Journée Technique, 22 octobre 2009
Le Journal du PEP, n°19, octobre 2009
Consulter
    Le recyclage en France, bilan annuel données 2008.   ADEME, octobre 2010
Consulter
CHIVRAC F., KADLECOVÁ Z.,
POLLET E., AVÉROUS L.
Aromatic copolyester-based nano-biocomposites: elaboration, structural characterization and properties. Journal of Polymers and the Environment, 2006, vol.14, n°4, pp.393-401
Consulter
Directive 2008/98/CE du Parlement européen et du Conseil du 19 novembre 2008 relative aux déchets et abrogeant certaines directives Parlement européen
Consulter
Bioplastics market. European Bioplastics
Consulter
QUÉLÉNIS N. Les bioplastiques. CRCI Champagne-Ardenne
CCI Info Agro-industrie, fiches techniques, janvier 2008, fiche n°17
Consulter
QUÉLÉNIS N. Les bioplastiques : caractéristiques et réglementation. CRCI/ARIST Champagne-Ardenne
CCI Info Agro-industrie, fiches techniques, mars 2008, fiche n°19
Consulter
DETZEL A., KRÜGER M. Life Cycle Assessment of POLYLACTIDE (PLA): A comparison of food packaging made from NatureWorks® PLA and alternative materials IFEU Heidelberg, juillet 2006
Consulter
AVÉROUS L., BOQUILLON N. Biocomposites based on plasticized starch: thermal and mechanical behaviours. Carbohydrate Polymers 56 (2004) 111–122
Consulter
HABLOT E., MATADI R., AHZI S.,
VAUDEMOND R., RUCH D., AVÉROUS L.
Renewable biocomposites of soy-based polyamides with cellulose fibres: thermal, physical and mechanical properties. Composites Science and Technology 70 (2010) 504-509
Consulter
MAPLESTON P. Auto makers see strong promise in natural fiber reinforcements. Modern Plastics International, 1999, vol. 29, no4, pp.63-64
Consulter
MOHANTY A.K., MISRA M., HINRICHSEN G. Biofibres, biodegradable polymers and biocomposites: an overview. Macromolecular Materials and Engineering, 2000, vol.276-277, n°1, pp.1-24
Consulter
ANTONINI G. Traitements thermiques des déchets - Processus thermochimiques : 5. Processus de solvolyse des déchets. Techniques de l'Ingénieur, 10 octobre 2003
Consulter
GOBLOT J.Y. La fibre de lin dans le monde du câble. ACOME, décembre 2009
Consulter
LE DUIGOU A., PILLIN I, BOURMAUD A.,
DAVIES P., BALEY C.
Effect of recycling on mechanical behaviour of biocompostable flax/poly(l-lactide) composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,  2008, vol.39, n°9, pp.1471-1478
Consulter
LE DUIGOU A., DAVIES P., BALEY C. Interfacial bonding of Flax fibre/Poly(l-lactide) bio-composites. Composites Science and Technology, 2010, vol.70, n°2, pp.231-239
Consulter
GAILLARD A. Vers un taux de recyclage des emballages de 75%. GraphiLine, 24 mars 2009
Consulter
Les chiffres clés de la collecte et du recyclage (chiffres 2009). Eco-Emballages
Consulter
BLANPAIN N., CHARDON O. Projections de population à l’horizon 2060 : un tiers de la population âgé de plus de 60 ans Insee
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