Le plastique

08/08/2017

Cet article est la suite du premier article sur les plastiques, à lire ici.

III La valorisation des déchets plastiques

Valorisation matière : le recyclage : comment ça marche ?

Tous les plastiques ne sont pas recyclables. Les cinq plus grandes familles de plastiques recyclables sont le polychlorure de vinyle (PVC), le polyéthylène (PE) – haute densité (HDPE) ou basse densité (LDPE) – le polystyrène (PS), le polyéthylène téréphtalate (PET) et le polypropylène (PP). La composition d’un plastique est indiquée sur le produit (ou l’emballage) de manière volontaire, d’après la décision 97/129/CE de la commission Européenne.

Collectés pour le recyclage, les déchets sont d’abord envoyés dans une usine de tri où ils sont regroupés par famille : les plastiques recyclables sont ainsi séparés du reste et acheminés dans une usine de traitement pour y être broyés et lavés, pour obtenir des granulés pouvant être de nouveau moulés pour redevenir des objets de consommation.

Bien que la quantité de plastique recyclé en Europe soit passée de 4,7 MT à 7,5 MT entre 2006 et 2013 – soit une augmentation de presque 8% par an pendant 6 ans – le plastique recyclé  ne représente aujourd’hui que 13% des 59 MT produites annuellement en Europe.

En 2013, la production mondiale d’emballages plastiques atteignait 78 million de tonnes. 14% de cette quantité a été collecté pour le recyclage, dont :

    • 2% recyclés en cercle fermé : recyclage en produit similaire ou de même valeur ;
    • 8% recyclés en cascade, c’est à dire en autres plastiques de valeur moindre ;
    • 4% perdus dans le procédé, soit irrécupérables.

Le reste était soit incinéré (valorisation énergétique), mis en décharges, ou finit dans l’environnement, principalement dans les océans.

Si l’on ne change pas nos habitudes, la production de plastique annuelle devrait atteindre 1 124 Mt d’ici 2050 ; compte tenu de la proportion de pollution maritime, la Fondation Ellen MacArthur estime qu’il  y aura alors plus de plastique que de poissons dans l’océan, en masse.

Valorisation énergétique

Une alternative à la décharge pour les déchets non-recyclables

La valorisation énergétique consiste à générer de l’énergie grâce aux déchets, par incinération. Environ 14% des déchets plastiques sont ainsi brûlés, de façon générale lorsqu’il s’agit de mélanges (notamment les multicouches comprenant des film métalliques difficile à séparer, de type Tetrapack), ou que les déchets sont considérés comme contaminés et donc non-recyclables. Dans ce cas, ils sont ne sont pas séparés du reste des déchets municipaux et incinérés sous forme de mélange.

L’incinération du plastique est intéressante compte-tenu de son fort pouvoir calorifique, c’est à dire de la quantité de chaleur que la combustion de ce matériau peut générer. De façon générale, on utilise le pouvoir calorifique inférieur (PCI) comme référence pour en mesurer l’ordre de grandeur : c’est le minimum d’énergie générée par kilogramme de matériau incinéré, qui s’exprime en méga joule par kilogramme (MJ/kg).

Le PCI varie d’un plastique à un autre de 24MJ/kg à 41MJ/kg. Les plastiques ayant le meilleur pouvoir calorifique (le PE basse densité et le PP) ont un PCI similaire à celui de l’essence et double de celui du bois.

La fonctionnement de la valorisation énergétique est simple : les déchets sont brûlés et produisent des fumées, dont la température atteignent 850 à 1000°C. Ces fumées sont utilisées pour transformer de l’eau froide en vapeur, qui est alors :

  • soit directement utilisée pour chauffer des logements à proximité, avec un rendement énergétique de 70 à 80%. 1 tonne de déchet génère environ 1 500 kW.h;
  • soit transformée en électricité, par le biais d’une turbine, avec un rendement énergétique de 20 à 25%, c’est à dire 300 à 400 kW.h par tonne de déchets

En plus de générer de l’énergie, l’incinération des déchets permet d’en réduire la quantité de façon non-négligeable et de les rendre compacts, moins susceptibles d’aller contaminer l’environnement. Mais ces plastiques ne disparaissent pas pour autant : lors de la combustion, les polymères sont cassés en plus petites molécules dont certaines sont volatiles et, donc, forment des gaz et des particules. On y trouve une très grande variété de molécules, dont certaines sont toxiques. Le rôle du filtre est donc de capter tous ces toxiques avant qu’ils ne soient évacués par la cheminée. Le reste se retrouve au sol sous forme de cendres ou boues, elles aussi potentiellement toxique et qui nécessitent donc des traitements spécifiques avant leur mise en décharge.

Les incinérateurs font-ils de l’ombre au recyclage ?

Bien que permettant donc de produire de l’énergie qui est parfois considérée comme renouvelable (quoique cette définition ne mette pas tout le monde d’accord), la question de l’intérêt de cette forme de valorisation se pose lorsqu’elle entre en compétition avec le recyclage. Si l’on prend en compte l’énergie nécessaire à l’extraction de matières premières nouvelles qui n’est pas nécessaire si des matériaux recyclés sont à disposition, il est moins coûteux d’un point de vue énergétique de recycler les plastiques plutôt que de les incinérer.

Certaines organisations environnementales visant le “zéro déchet” considèrent les incinérateurs comme freins au recyclage, créant une compétition là où il est pourtant possible de mettre en parallèle les deux solutions de manière complémentaires. On a vu dans l’actualité des cas de diversions (illégales) de déchets depuis la filière recyclage vers la filière incinération pour des raisons économiques.

Une énergie pas si propre

Pourtant, ce n’est pas la seule raison pour laquelle la filière de valorisation énergétique fait débat. Les émissions de gaz, notamment du CO2, sont problématiques. L’incinération des plastiques non-recyclables produit en effet plus de CO2 que leur mise en décharge ; la seule façon d’atteindre durant l’incinération un bilan CO2 d’incinération négatif est d’obtenir un rendement énergétique très élevé, où les émissions sont moindres par rapport à la production de la même quantité d’énergie avec des énergies fossiles. Cela nécessite une optimisation coûteuse des processus d’incinération, qui n’est généralement pas réalisée.

Le CO2 n’est pas le seul résidu émis lors de l’incinération de plastiques. Des études ont montré la présence de métaux lourds, de HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et de radicaux libres persistants – tous connus pour leur toxicité – aussi bien dans les fumées que dans les cendres issues de l’incinération de plastiques. Si, en théorie, les filtres installés en sortie d’incinérateurs captent les composés toxiques et ne laissent s’échapper que de la fumée propre, en pratique, les risques de contamination des sols et de l’air – et leurs conséquences sur la santé des habitants aux environs des incinérateurs – sont encore élevés, en particulier dans les pays en voie de développements et dans ceux peu sensibles aux questions environnementales.

Valorisation chimique

Troisième forme de valorisation encore méconnue, la valorisation chimique consiste à re-transformer le polymère en monomères qui pourront ensuite être réutilisés pour générer de nouveaux polymères. C’est la dépolymérisation, qui peut être illustrée de la manière suivante :

Pour dépolymériser, il faut couper les liaisons chimiques entre les différents monomères, en utilisant l’équivalent de “ciseaux moléculaires”. En pratique, ces ciseaux peuvent être physico-chimiques (température, pression, présence d’un catalyseur) ou enzymatiques (biologique).

Il n’existe pas encore de solution à échelle industrielle permettant de valoriser chimiquement les polymères d’une manière permettant de répondre aux besoins du marché en termes de quantités ou de rendements. En cause, les conditions nécessaires pour la dépolymérisation qui sont souvent très agressives, car casser les liaisons chimiques demande une énergie casser une liaison chimique demande un apport en énergie important (haute température, haute pression, catalyseur toxique ou coûteux, etc.) et la limitation de chaque “ciseau” à un type de liaison chimique particulière – et donc à une classe de plastique (PET, PVC, etc.).

Des laboratoires de recherche, privés comme publics, s’intéressent actuellement à la question de la dépolymérisation. Ainsi, en 2015 à Saclay, des chercheurs du CEA ont développé une méthode de dépolymérisation de polyéthers, polyesters et polycarbonates en conditions douces (température ambiante, pression atmosphérique, catalyseurs non-métalliques et non-toxiques). Aucune intention d’industrialiser cette application n’a toutefois été annoncée.

On en parle plus en détails dans notre prochain article sur le recyclage enzymatique.

Ce travail est sous licence CC-BY SA :