Où en sommes-nous des technologies permettant de recycler les matériaux en fibre de carbone ?

On trouve sur internet, beaucoup d’exemples et de contre-exemples de ce qui est techniquement réalisable pour recycler des matériaux composites en fibre de carbone. Nous vous proposons donc de reprendre, un par un, les principaux procédés technologiques en y associant les typologies de déchets avec lesquelles ils sont compatibles.

De façon générale, la fibre de carbone supporte mal une exposition directe à une température supérieure à 600°. Il est donc préférable d’éviter de soumettre les matériaux à ces températures pour ne pas risquer une dégradation des propriétés des fibres et une baisse de leur résistance mécanique.

Tout d’abord, il y a les procédés de thermolyse qui sont des procédés de traitement thermiques. On y distingue la pyrolyse et la combustion.
La pyrolyse consiste à chauffer les composants dans un four à une température avoisinant les 500°, afin de dégrader et séparer la matrice (résine) des renforts (fibre de carbone). C’est un procédé aux besoins énergétiques élevés qui peut laisser un résidu carbonique sur les fibres récupérées.
La combustion est un traitement similaire qui se caractérise par un apport supplémentaire en oxygène dans l’air. C’est un procédé moins énergivore et plus rapide que la pyrolyse mais qui peut induire une forte réduction des propriétés mécaniques s’il est mal maîtrisé, car l’oxydation se produit, dans ce cas, beaucoup plus rapidement.
Ces procédés permettent, en sortie, de récupérer des fibres saines (ainsi que des gaz) dans un objectif de revalorisation de la matière. Dans un cadre de revalorisation énergétique, il est possible d’utiliser les résidus solides combustibles, les résidus huileux combustibles et les gaz comme combustibles.

Il y a ensuite les procédés de solvolyse qui induisent un traitement solvanté agissant par dépolymérisation de la matrice. Cette technique ne se situe encore, majoritairement, qu’à l’échelle laboratoire.
La vapo-thermolyse est le seul de ces procédés qui commence à être déployé à un niveau industriel. C’est une combinaison de la pyrolyse et de vapeur d’eau surchauffée à pression ambiante afin de décomposer la matrice. Elle allie les avantages des autres procédés mais son rendement est encore perfectible. De plus, c’est un traitement qui s’effectue à pression atmosphérique contrairement à la solvolyse classique.
La solvolyse est déclinée en différentes catégories selon le solvant utilisé. On retrouve pour le traitement des composites, la solvolyse en milieu aqueux supercritique (hydrolyse), et la solvolyse en milieu alcoolique supercritique (alcoolyse).
La solvolyse en milieu aqueux supercritique consiste à projeter de l’eau au stade supercritique pour dégrader la matrice (le point critique de l’eau est à 374°C et 22,1 MPa.). Son principal défaut réside dans le traitement des “eaux jaunes” chargées, produites lors du traitement.
La solvolyse en milieu alcoolique supercritique possède pour sa part un milieu réactionnel non polluant mais présente un risque de réduction de la résistance du lien entre les fibres recyclées et leur nouvelle matrice à cause de la modification de la teneur en oxygène à la surface de ces renforts.
Il reste encore Le broyage comme possibilité de revalorisation. Les poudres produites peuvent servir de charge ou de renfort dans les industries de construction. Ce procédé présente un coût énergétique important. La plus-value des composites étant leur résistance due aux fibres continues, ce procédé ne préserve que très peu les propriétés des matériaux traités.

A ce jour, il n’existe pas de technologie permettant d’assurer seule toutes les phases du processus de valorisation. C’est pourquoi, il est indispensable de former des combinaisons pour parvenir à un schéma de recyclage abouti, même si les limites du rendement ne sont pas encore complètement levées. En voici quelques exemples :

Suite à un traitement thermique ou solvanté il est possible de récupérer des fibres de carbone de longueurs variables selon le procédé. Ces fibres souvent raccourcies pour faciliter leur traitement peuvent êtres ré-alignées avec un autre procédé pour obtenir à nouveau des fibres longues. Il est cependant nécessaire pour cela d’avoir des fibres recyclées les plus saines possibles (avec un faible taux résiduel de résine). Des fibres de plusieurs centimètres peuvent servir à la fabrication de mat de carbone recyclé, plus résistant qu’un mat de verre neuf. Les fibres courtes peuvent êtres utilisées comme charge.

Durant un traitement de thermolyse il est possible d’utiliser les gaz ou résidus combustibles comme fiouls ou combustibles pour procéder au traitement de la matière. Certains procédés de solvolyse permettent de re-polymériser les résines utilisées, ces dernières possèdent des performances supérieures à des résines vierges.

Comme vous pouvez le constater, des solutions technologiques existent mais ne sauraient constituer, à ce stade, une voie de prédilection. Les mécanismes d’économie circulaire dessinent les alternatives les plus sérieuses à l’enfouissement. Le concept n’est pas sorcier. Il consiste à faire en sorte que la contrainte de l’un forme l’avantage de l’autre. Avec peu, et parfois pas, de traitement de la matière, on arrive à la destiner à de nouvelles applications. Le déchet se transforme alors en un produit possédant une valeur financière aussi bien profitable à celui qui le commercialise, qu’à celui qui en fait l’acquisition. Les synergies d’économie circulaire et le développement des technologies doivent avancer de paire pour atteindre l’objectif de zéro enfouissement. Il ne faut pas chercher à les dissocier.

Théo Solanet
Technicien composite