Le recyclage des polymeres thermoplastiques en france

En 2000, la production française de matières plastiques a atteint un niveau record de 6,5 millions de tonnes, soit une progression de 4 % par rapport à 1999. La consommation réelle, estimée à 5,2 millions de tonnes, génère une source de déchets importante qu’il convient de retraiter. Aujourd’hui, du fait des directives européennes, l’élimination de ces déchets par mise en décharge ou incinération n’est plus préconisée et laisse place à la collecte et à la revalorisation chimique ou mécanique. De nombreux efforts sont donc fournis pour trouver de nouveaux procédés capables d’assurer la rentabilité du recyclage. L’objectif de notre étude a consisté à développer un procédé de mise en œuvre applicable au polyéthylène téréphtalate (PET). Ce matériau est en effet l’une des matières plastiques les plus employées dans le secteur des emballages de produits alimentaires et spécialement dans les secteurs des eaux (minérales, de source,…). Ainsi pour 2002, La Chambre Syndicale des Eaux Minérales prévoit un gisement de 240 000 tonnes de bouteilles de PET collectables et donc recyclables.

Les matières plastiques sont devenues en l’espace d’une vingtaine d’années une source indispensable de produits dans pratiquement tous les secteurs de consommation. L’explosion démographique, l’urbanisation effrénée ou bien encore l’amélioration de la qualité de vie ont provoqué une forte croissance de la consommation, générant un flux de déchets très important. Ainsi, en 2000, la France a consommé 5.2 millions de tonnes de matières plastiques. En 1998, la consommation était de 4,8 millions de tonne pour une production de 3 millions de tonnes de déchets plastiques. Seuls 12 % de ces déchets (soit 360 000 tonnes) avaient été collectés en vue d’être recyclés [1]. Face à cette situation préoccupante, les autorités compétentes ont établi au sein de l’Europe des législations concernant la gestion de ces déchets. Ainsi, les directives européennes 91/56/EEC et 94/62/CE sont deux textes visant à améliorer le recyclage en imposant une réglementation stricte aux états membres de l’union européenne. Il convient, avant de présenter ces deux textes, de nous attarder sur la notion de déchets que ces directives européennes définissent comme « toute substance que le propriétaire abandonne, destine à l’abandon ou se trouve dans l’obligation de se débarrasser ».

La gestion actuelle des déchets plastiques

Afin de pouvoir gérer correctement le flux de déchets plastiques, il est nécessaire d’estimer précisément les quantités de déchets générés par les entreprises et les particuliers. Ces informations serviront à dimensionner les moyens de traitement à mettre en œuvre, notamment pour atteindre les objectifs réglementaires.

Les estimations Amont

Pour la France, les estimations Amont consistent en l’étude de données sur les quantités de matières consommées et de produits plastiques produites lors des années précédentes. Ces données proviennent d’études et de suivis des marchés commandés par les industriels du plastique (producteurs comme fabricants) et peuvent être utilisées pour estimer les flux de déchets. Ainsi, des déchets générés à l’année n proviendront de produits fabriqués à l’année n – durée de vie. Il est enfin important de noter que ces données ne portent pas sur les déchets mais sur les produits et indiquent les grandes masses à prendre en compte [2,3].

Les matières plastiques
En 2000, la consommation apparente de matières plastiques est évaluée à 5201 kilotonnes (kT). Cette estimation provient des producteurs de matières plastiques .

Si nous nous intéressons plus précisément à la ventilation de la consommation réelle par application, nous nous apercevons que le secteur de l’emballage représente plus d’un tiers de la consommation de matières plastiques . La consommation des matériaux plastiques dans le secteur du bâtiment progresse continuellement et devrait atteindre 8000 kT en 2010. Les secteurs du transport, de l’électricité et de l’électronique sont également en croissance.

Les déchets plastiques d’emballages
Du fait de la faible durée de vie des produits d’emballages (inférieure à un an), la production de produits d’emballages neufs peut être assimilée à la production de déchets d’emballages. Ainsi, à partir des données classiques exposées précédemment, la répartition du tonnage des emballages peut être réalisée en fonction des différentes grandes familles de matières plastiques .

Autres déchets plastiques
– Les déchets plastiques issus du secteur automobile représentent une source de plus en plus importante que l’on retrouve dans les véhicules hors d’usage (V.H.U.). A l’heure actuelle si l’on suppose une durée de vie de dix ans pour un véhicule automobile pour un parc estimé à 2 millions/an, le flux de déchets plastiques est alors estimé à 150 kT/an en 1995 et supérieur à 250 kT/an en 2000.

– Le flux de déchets de produits plastiques électroniques et électriques hors d’usage en 1996 est estimé à 280 kT/an
– Enfin, en 1995, la consommation de matières plastiques pour le secteur agricole était de 170 kT/an. Hormis les tuyaux d’assainissement, la plupart des produits ont une durée de vie courte.

Les estimations Aval
Les estimations Aval consistent en l’étude des quantités de déchets générées par les industriels (déchets d’activités économiques) et les ménages (déchets domestiques). Ces enquêtes sont commandées par des industriels ou par des organismes publics comme l’ADEME. L’estimation définit ainsi la masse annuelle de déchets plastiques générée par habitant et par famille de polymère. L’estimation suivante est tirée d’une enquête nationale reprenant une analyse nommée ‘ModecomTM ‘ menée en 1993 et fondée sur la pesée de déchets réels collectés, puis triés et échantillonnés. Cette estimation permet notamment d’estimer la masse de déchets plastiques par an et par habitant suivant différentes catégories de produits plastiques [4].

Les autres déchets plastiques

– L’industrie du recyclage des papiers génère de nombreux déchets, sous forme de films issus de l’emballage de journaux. Ces déchets sont composés à plus de 80 % de PEbd, pour un gisement d’environ 40 kT/an (masse sèche).
– Les matériaux non métalliques issus des véhicules automobiles arrivés en fin de vie sont généralement triés et forment les résidus de broyage automobile (RBA) dont le flux est estimé à 400 kT/an en France. La plupart du temps, ils sont mis en décharge. Une partie des pièces plastiques peuvent échapper aux RBA si elles sont démontées du véhicule avant broyage (ce qui se fait de plus en plus). Enfin, les flux de déchets plastiques automobiles de fabrication et de réparation (pare-chocs) sont certainement supérieurs à 100 kT/an chacun.
– Enfin, la plupart des procédés de fabrication et de mise en œuvre des matières plastiques génèrent des déchets de l’ordre de 12,4 % des tonnages transformés. Plus des trois quarts de ces déchets sont recyclés sur les sites de fabrication. Le reste, les déchets externes, est cédé pour valorisation ou pour mise en décharge en part équivalente.

Conclusion et vue globale
Les estimations présentées dans cette première partie portent sur des ensembles de déchets plastiques. Certaines réserves doivent être prises en compte. La plupart des DIB, par exemple, sont mal connus. La somme des différentes estimations ne constitue donc pas une estimation acceptable du flux global des déchets plastiques en France. Cependant, nous ne pouvons nous risquer à dire que le flux global des déchets plastiques en France en 1996 se situe entre 2,5 et 3 millions de tonnes. Nous observons, également, la prépondérance des déchets d’emballages et en particulier des emballages ménagers. Globalement, la consommation apparente de plastiques en France a augmenté de 42 % entre 1985 et 1994 et continue de croître. Cette croissance du flux de déchet est plus ou moins différée selon la durée de vie des produits.

Les directives européennes

Avec le renforcement des préoccupations environnementales, des programmes de prévention et de valorisation des déchets d’emballages ont été mis en place en France et en Europe, encadrés par des dispositions réglementaires.

L’harmonisation européenne

La Directive 91/56 EEC définit le terme déchet dans son ensemble. La Directive 94/62/CE est plus relative aux emballages et aux déchets d’emballages. Celles-ci répondent à un double objectif :
– inciter tous les états membres à progresser en matière de prévention et de valorisation des déchets d’emballages,
– encadrer et harmoniser les initiatives afin d’éviter les entraves aux échanges et les distorsions de concurrence à l’intérieur de la communauté. De nombreux textes définissent ainsi plusieurs exigences essentielles auxquelles les emballages devront satisfaire pour être mis sur le marché. Pour la valorisation, qui recouvre comme nous le verrons plus loin, les recyclages matière et chimique, et la valorisation énergétique, ils fixent des objectifs à atteindre par tous les états membres. Quelques objectifs sont exposé ci-dessous :
– 25 à 45% en 2001 pour les déchets d’emballages, avec un minimum de 15% par matériau,
– 80% en 2006 pour les véhicules hors d’usage,
– 70% à 90% en 2004 suivant la nature des produits électriques et électroniques en fin de vie.

La solution française
La France a choisi d’associer tous les acteurs et toutes les pratiques afin d’optimiser le recyclage des déchets en insistant sur les équipements et les savoir-faire existants. Deux décrets ont ainsi été adoptés :
– décret du 1er avril 1992 : le producteur, l’importateur ou le responsable de la mise sur le marché d’emballages ménagers est tenu de contribuer ou de pourvoir à l’élimination de l’ensemble de ses déchets d’emballages. Trois possibilités : la consigne, la collecte et l’élimination par l’industriel ou par contribution à un organisme agréé à cette fin.
– décret du 13 juillet 1994 : les entreprises (industrielles, artisanales, commerciales) productrices de déchets d’emballages non ménagers sont responsables de leur valorisation. Elles doivent les trier et se préoccuper de leur valorisation dans des installations spécialement agréées.

Par ailleurs le décret du 18 novembre 1996 a fixé des minima de recyclage (égaux ou supérieurs à la directive) à respecter dans le cadre de l’élimination des déchets ménagers. Enfin, le décret du 20 juillet 1998 précise que les entreprises doivent maintenant s’intéresser à l’impact futur de nouveaux produits sur l’environnement. Une directive sur les VHU et une directive sur les produits électriques et électroniques est en préparation.

Les filières traditionnelles d’élimination

Les différentes filières présentées dans cette partie sont des filières classiques d’élimination des déchets plastiques établies avant 1990. Intéressons-nous aux deux voies d’élimination existantes [5] :
– L’élimination non sélective :
C’est la voie du stockage et de l’incinération. Cette voie traite des déchets plastiques en mélange avec les autres déchets. Elle regroupe la voie de la valorisation thermique par incinération et la voie de non-valorisation par stockage ou incinération sans récupération d’énergie.
– L’élimination sélective :
Cette voie nécessite une séparation minimale des plastiques des autres matériaux présents dans les déchets. La valorisation comporte une étape de collecte sélective, une étape de régénération et une étape de fabrication de nouveaux produits finis. Cette voie inclut aussi le procédé de rénovation qui permet à un produit usagé de retrouver un niveau de qualité synonyme d’une nouvelle utilisation.
– La collecte
La collecte des déchets est une étape obligatoire quelque soit le type de traitement envisagé derrière. Celle-ci peut être sélective ou globale mais est présente dans toutes les filières. Son coût réel est assez compliqué à évaluer du fait de l’hétérogénéité des déchets collectés, et de leur distribution sur les lieux de collecte.

Les filières non sélectives 

Le stockage
Le stockage est une autre voie de la filière non sélective. L’un des points forts reste la facilité de gestion des centres puisque les déchets plastiques sont des matériaux stables. Pourtant, cette voie pose différents problèmes qui sont liés à :

– la densité : la plupart des déchets de matières plastiques occupent généralement un volume plus important proportionnellement à leur masse, ce qui sature les centres de stockage.
– la forte présence visuelle : de par la nature des matériaux et de par leur volume, les déchets plastiques contrastent avec les autres déchets et l’impression visuelle que donne le centre de stockage est donc plus grande que la part réelle en masse ou en volume. De plus les sites de stockage deviennent de plus en plus rares et les coûts de stockage de plus en plus chers.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : LE RECYCLAGE DES POLYMERES THERMOPLASTIQUES EN FRANCE
I.1 La gestion actuelle des déchets plastiques
I.1.1. Les estimations Amont
I.1.2. Les estimations Aval
I.1.3. Conclusion et vue globale
I.2 Les directives européennes
I.2.1. L’harmonisation européenne
I.2.2. La solution française
I.3 Les filières traditionnelles d’élimination
I.3.1. Les filières non sélectives
I.3.2. Les filières sélectives
I.4 Les nouvelles structures de valorisation
I.4.1. La filière des emballages ménagers : Eco-emballage
I.4.2. Les nouvelles voies d’innovation
I.5 Cas particulier : la valorisation du PET
I.5.1. La valorisation chimique
I.5.2. La valorisation énergétique : l’incinération
I.5.3. La valorisation matière
I.6 Objectifs de l’étude
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE II : PRESENTATION DES POLYMERES PARENTS ET DE LEURS MELANGES
II.1 Présentation des polymères parents
II.1.1. Le polyéthylène téréphtalate
II.1.2. Le polyéthylène
II.2 Présentation des mélanges PET/PEhd
II.2.1. Propriétés mécaniques des mélanges polyéthylène téréphtalate/polyéthylène haute densité
Sommaire
II.2.2. Présentation des mélanges étudiés
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE III : CARACTERISATION DES POLYMERES PARENTS ET DE LEURS MELANGES AVANT MISE EN ŒUVRE
III.1 Techniques expérimentales utilisées
III.1.1. Calorimétrie
III.1.2. Rhéométrie plan-plan en mode oscillatoire
III.2 Etude calorimétrique des polymères parents et de leurs mélanges
III.2.1. Analyse enthalpique différentielle des polymères parents
III.2.2. Analyse enthalpique différentielle des mélanges
III.3 Etude rhéologique des polymères parents et de leurs mélanges
III.3.1. Les mélanges de polymères
III.3.2. Rhéologie des mélanges
III.3.3. Propriétés rhéologiques des mélanges PET/PEhd non-compatibilisés
III.3.4. Etude rhéologique des polymères parents
III.3.5. Etude rhéologique des mélanges PET/PEhd
III.4 Conclusion
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE IV : APPLICATION AU PROCEDE DE MISE EN ŒUVRE
IV.1 Introduction
IV.2 Présentation du procédé SCAMIA
IV.2.1. Description du procédé
IV.2.2. Problèmes liés à la configuration du procédé
IV.3 Expériences menées sur le procédé de mise en œuvre SCAMIA : extrudeuse à tête de torpille
IV.3.1. Description des paramètres d’extrusion
IV.3.2. Essais sur des granulés de PEhd
IV.3.3. Essais sur des flakes de PET
IV.3.4. Essais sur les mélanges PET/PEhd
IV.4 Expériences menées sur le procédé de mise en œuvre SCAMIA : extrudeuse monovis simple
IV.4.1 Présentation de l’extrudeuse monovis simple
Sommaire
IV.4.2. Utilisation d’un nouvel EVA
IV.4.3. Essais sur des flakes de PET
IV.4.4. Essais sur les mélanges PET/PEhd 90/10
IV.4.5. Essais sur les mélanges PET/PEhd 80/20
IV.4.6. Essais sur les mélanges PET/PEhd 70/30
IV.5 Etude du défaut d’aspect périodique
IV.5.1. Procédé d’extrusion
IV.5.2. Essais sur des granulés de PET
IV.5.3. Essais sur des flakes de PET
IV.5.4. Conclusion
IV.6 Modélisation de l’écoulement de matière dans la filière froide
IV.6.1. Modélisation de l’écoulement de type coextrusion
IV.6.2. Modélisation de l’écoulement de type bouchon
IV.6.3. Conclusion
IV.6.4. Perspective
IV.7 Conclusion
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CONCLUSION

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