Choix des matériaux plastiques et de leurs additifs selon leur recyclabilité et leur possibilité de valorisation énergétique

Les plastiques sont des matériaux dont la recyclabilité peut varier, soit par la nature intrinsèque du matériau (le matériau peut ne pas être recyclable ou son recyclage amènerait une forte dégradation de ses propriétés initiales), soit par l’absence de filières de recyclage industrielles et organisées en l’absence de débouchés économiquement viables.

La possibilité de valorisation énergétique des plastiques peut également varier selon la composition des matériaux. Certains plastiques ont des pouvoirs calorifiques comparables à ceux du pétrole (les Polypropylene, polyethylene,..). D’autres, au contraire, ont des pouvoirs calorifiques trois ou quatre fois inférieurs au pétrole et plus proche de celui des ordures ménagères (Composites avec des taux de fibre de verre ou de charges minérales élevées). De plus, la présence d’halogènes (Chlore, Fluor, Brome..) dans certains plastiques (PVC, PTFE, plastiques avec retardateurs de flamme bromés…) nécessitent des incinérateurs équipés de dispositifs de traitements des fumées aux normes et génèrent des déchets ultimes spéciaux en grandes quantités qu’il faut stocker en centre technique d’enfouissement.

Certaines charges incorporées dans les matériaux peuvent également générer des problèmes au moment de leur recyclage ou de leur valorisation énergétique (ex : les retardateurs de flammes bromés).

Echelle de recyclabilité des matériaux plastiques.

Couramment recyclés	Recyclés	Peu ou pas recyclés
PP, PEhd, PET, PVC rigide,ABS, HIPS, PC+ABS	 PA6, PA66, PBT, PC,  PVC Souple	POM, BMC, SMC, EPOXY, PBT, complexe PVC avec un taux <50%en PVC, alliages, PUR, PLA, PBT, EVA, PTFE, bakelite

Les charges et additifs pouvant avoir des effets négatifs sur le recyclage

Est bien toléré pour le recyclage *	Est peu toléré pour le recyclage	N’est pas toléré pour le recyclage
Talc, Carbonate de Calcium, TiO2	Petites concentrations en fibres de verre (<5%)	Retardateurs de flamme, grosses concentrations en fibres de verre (>10%), fibres végétales, nanoparticules**, pigments à base de métaux lourds

* Les cahresg peuvent avoir un effet négatif sur le tri des plastiques (changement de densité) donc il est recommandé de limiter leur usage

**non tolérés pour des raisons sanitaires et réglementaire (RoHS, Reach)

 

Les charges ainsi que les additifs ne sont pas tolérés pour le recyclage pour plusieurs raisons :

– Absence d’informations sur les additifs contenus dans les plastiques pour le recycleur rendant impossible le tri des plastiques concernés.

РImpossibilit̩ (technique/̩conomique) de s̩parer les fibres (verre ou v̩g̩tales) du polym̬re.

РNocivit̩ des m̩taux lourds pouvant ̻tre pr̩sents dans des pigments.

– Nocivité de  certains types de retardateurs de flamme.

 

Les plastiques valorisables par énergie

Valorisable par énergie	Peu valorisable par énergie	Non valorisable par énergie
PP, PEhd, PET, ABS, HIPS, PBT, PC, PC+ABS , PLA,EVA	BMC, SMC, EPOXY	Bakélite, Plastiques contenant des halogènes : PVC, PTFE, Plastiques avec RF Bromé…

 

Les charges pouvant avoir un effet négatif pour la valorisation énergétique des plastiques

Bien tolérés pour la valorisation énergétique	Tolérés pour la valorisation énergétique	Proscrits pour la valorisation énergétique
Fibres végétales	Fibres de verre, talc, carbonate de calcium, TIO2, baryte	Retardateurs de flamme, pigments à base de métaux lourds, halogènes (Br, Cl, F)

Règles d’association des matériaux plastiques

Les matériaux plastiques sont souvent incompatibles entre eux. Cela signifie que le recyclage de matériaux incompatibles mélangés conduit à un matériau recyclé aux propriétés dégradées, qui ne répondra plus à des applications nobles à forte valeur ajoutée.

Il est recommandé au sein d’une même pièce d’utiliser des matériaux plastiques compatibles entre eux, car les propriétés des plastiques recyclés chutent rapidement si ces derniers sont contaminés avec de faibles quantités de plastiques incompatibles (tolérance rarement supérieure à 2% de contaminants dans un mélange).

Le tableau suivant montre les niveaux de compatibilité des matériaux :

Figure 1 : Recycling and Design Recommendations for Design and Production – BAYER AG (95)

 

Dans le cas d’une obligation majeure d’utilisation de plastiques incompatibles au sein d’une même pièce, il faut s’assurer que ces matériaux sont séparables facilement pendant une phase de démontage, ou les techniques de tri devenant plus performantes, peuvent être séparés par des tri physico-mécaniques après la phase de broyage de la pièce.

Il s’agit donc, pour les matériaux plastiques incompatibles, de respecter les règles de tri automatique après broyage de la pièce ou du produit, ou par défaut de faciliter l’accès et le démontage de pièces en plastiques incompatibles.

Remarque : Les revêtements de surface des plastiques

Pour des raisons d’esthétisme, les concepteurs sont souvent amenés à préconiser des voiles de peintures ou des revêtements de types textile ou peaux (PVC) sur les plastiques. Ces revêtements sont considérés comme des apports de matières qui doivent respecter les règles de compatibilité ou doivent être séparables après broyage (notamment par classification à air, pour les textiles et peintures). Il convient donc de s’assurer de la compatibilité des matières et de leur séparabilité après broyage.

La recommandation est donc d’éviter ces revêtements et par exemple de proposer des matériaux teintés dans la masse plutôt que de la peinture pour les plastiques de couleur.

Respecter les règles de tri des matériaux plastiques incompatibles

Les méthodes de tri par spectroscopie dans le proche infrarouge ont fortement progressé. Elles permettent de façon efficace de trier par type de matrice des mélanges de plastiques clairs. Elles sont capables aujourd’hui de trier les mélanges de plastiques incompatibles avec des rendements supérieurs à 95%, ce qui est proche de l’optimum du recyclage.

Par contre, pour les matériaux foncés, ces techniques par proche infrarouge sont aujourd’hui inefficaces. Lors du recyclage, les techniques de séparation les plus répandues sont basées sur la densité des plastiques. Il faut donc utiliser, lors de la conception de pièces multimatériaux, des plastiques foncés dont les densités seront différentes d’au moins d’un écart de 0,15 pour faciliter leur tri par densité. cf. Tableau de densité de quelques polymères

Remarque : Les techniques de tri par proche infrarouge ne reconnaissent pas les charges notamment bromées, fibres végétales qui sont incompatibles pour le recyclage. Cela signifie que l’utilisation de plastiques clairs avec des charges incompatibles (Br, végétales,…) conduira à des mélanges difficilement recyclables. Le recycleur devra intégrer une phase de tri par densité après le tri infrarouge pour évacuer les matériaux chargés. Ce qui n’est pas toujours le cas.

Les règles à respecter pour faciliter le tri sont donc les suivantes :

РR̩duire le pourcentage de plastiques incompatibles dans une pi̬ce (le mieux = pi̬ce mono-mat̩riau) ;

РUtiliser des mat̩riaux plastiques clairs, voire sans aucun pigment (gain ̩conomique, libert̩ pour la coloration des mat̩riaux recycl̩s) ;

РEviter les charges incompatibles, m̻me dans les mat̩riaux plastiques clairs ;

– Lorsqu’il y a obligation d’utiliser des matériaux foncés, faire en sorte qu’il existe un écart de densité de 0,15 pour faciliter leur séparation.

– Eviter le surmoulage, la bi-injection, les revêtements de peinture et d’une façon général les multicouches qui sont très difficile à recycler.

Tableau de séparation par densité

Prendre en compte les limites des procédés de recyclage actuels

Certaines pratiques de conception de pièces plastiques ou d’assemblage peuvent induire des problèmes de casse ou de maintenance des installations de recyclage, et induire des étapes supplémentaires de tri.

Règles de conception :

– Cas des vis d’assemblage en métal et des inserts métalliques surmoulés

On préconisera de ne pas dépasser des diamètres de vis en acier de 3mm, et des inserts métalliques de grande taille d’épaisseur supérieure à 1mm afin d’éviter une casse ou une usure prématurée des broyeurs de pièces plastiques. Pour les mêmes raisons, on préconisera des vis en aluminium ne dépassant pas 5mm.

РCas des fortes ̩paisseurs de pi̬ces plastiques ou composites

Les pièces de grande dimension en composites chargés en fibres de verre d’une épaisseur supérieure à 5mm sont à éviter.

Les pièces en plastiques peu chargés d’une épaisseur supérieure à 10mm sont également à éviter.

Synthèse

On peut synthétiser les principes de conception des pièces plastiques par les recommandations suivantes (non exhaustives) :

РChoisir les familles de polym̬res les plus facilement recyclables.

– Optimiser le nombre de plastiques différents présents au sein d’un même produit.

– Dans le cas où plusieurs types de plastiques sont nécessaires, s’assurer qu’ils ne présentent pas d’incompatibilité.

– Faciliter la séparation des différents plastiques, éviter le surmoulage,  les matériaux en  multicouches, le collage….

– Diminuer le recours à des plastiques fortement chargés, contenant des retardateurs de flamme bromés.

– Eviter la présence de peinture, de film, de tissus, d’insert métallique/vis sur ou dans une pièce plastique.

– Faciliter l’identification des plastiques, éviter les plastiques sombres plus difficiles à trier.

РMarquer les pi̬ces de grande taille selon la norme ISO/NP 11469