Après plus d’une décennie de projets en laboratoire et de démonstrateurs, les industries de la pétrochimie et des déchets s’alignent. Les enjeux économiques et politiques sont en phase. Jugés en partie responsables de la pollution des océans, les déchets plastiques sont sous pression réglementaire. Résultat, les procédés chimiques pour recycler plus et mieux ressortent des tiroirs et se traduisent notamment en France par plusieurs projets industriels prometteurs. Le point sur plusieurs avancées lors d’une journée technique organisée le 15 septembre 2020 par le Pôle de compétitivité Chimie-Environnement Auvergne-Rhône-Alpes Axelera.

La transformation des plastiques est estimée en Europe à 51 millions de tonnes dont 10 % en France. Sur ce gisement, les emballages demeurent en première position avec 40 % des parts de marché (chiffres 2017 PlasticsEurope). Ciblés par la législation et l’opinion publique, critiqués en raison des pollutions engendrées parce qu’insuffisamment collectés, les emballages plastiques industriels et ménagers sont recyclés en France à hauteur de 26 % (572 000 tonnes). C’est à la fois beaucoup et pas assez au regard des objectifs de la réglementation européenne qui impose un doublement des quantités recyclées d’ici à 2030. Pour Citeo, éco-organisme en charge de la gestion des emballages ménagers, le sujet s’est donc cristallisé autour de ces plastiques dont la mauvaise image reflète surtout l’absence d’infrastructures de traitement dans les pays émergents, en Asie et en Afrique. Toutefois, le plastique possède de nombreux atouts pour favoriser la conservation des produits, la légèreté dans le transport et l’anti-gaspillage alimentaire.

Sauf qu’aujourd’hui, le recyclage mécanique rencontre des limites, affirme Carlos de los Llanos, directeur scientifique chez Citeo, qui empêchent de valoriser plus de flux dans de nouvelles applications à forte valeur ajoutée, comme par exemple des emballages aptes au contact alimentaire. Seul à ce jour, le PET peut connaître ce débouché, contrairement aux autres résines, présentes dans les emballages ménagers, tels le PP ou le Pehd. Dans le même temps, la pression réglementaire de la directive SUP (sur les plastiques à usage unique) et la loi AGEC (anti-gaspillage et économie circulaire) démontre que les enjeux sont aussi bien écologiques que politiques. De ce fait, l’industrie de la plasturgie va devoir mettre les bouchées doubles pour garantir un recyclage satisfaisant et sûr. Parmi les solutions possibles, le recyclage chimique est porté par plusieurs procédés mais testés jusque-là en laboratoires ou sur site pilote.

Traçabilité et ACV

Pourquoi, aujourd’hui, cette voie de traitement refait surface ? Elle répond à une double promesse, assure Carlos de los Llanos : elle est un complément aux technologies mécaniques pour recycler plus de déchets, y compris les flux en mélange ou souillés et favorise un retour à une qualité de matière identique à celle de la résine vierge. Pour l’heure, les industries innovantes dans ce secteur s’activent. Partout dans le monde, plusieurs projets d’unités de traitement devraient voir le jour d’ici à 2025. Mais contrairement à ce qui a pu être mentionné il y a quelques années, la future usine de recyclage chimique n’aura pas la taille des usines de la pétrochimie qui tournent au minimum autour de 200 000 t/an. Il faudra plutôt envisager des capacités plus restreintes de l’ordre de 15 000 t/an, compte tenu des gisements générés et collectés. « Nous ne sommes plus à l’échelle du pilote mais bien dans une perspective de capacité industrielle. Toutefois, il faut rester prudent sur les conditions de développement de ce mode de traitement », souligne le directeur scientifique de Citeo. Tout d’abord quelle sera la part à comptabiliser dans le recyclage ? Car qui dit procédé chimique, signifie retour à des molécules vierges et qui en intégrant des vapocraqueurs peuvent servir la pétrochimie ou la fabrication de carburants. Dans ce cas, il n’existe plus aucune traçabilité physique du produit. Comment dans ces conditions un transformateur de plastique pourra vérifier que sa matière est issue du recyclage chimique ?

Autre nuance à apporter, le recyclage chimique ne peut pas non plus tout traiter parfaitement. Cela implique le maintien d’un tri en amont pour obtenir une qualité supérieure en sortie. Selon la devise des professionnels du traitement de déchets : « gabarge in, garbarge out ». De même, sur le bilan environnemental du recyclage chimique, le directeur scientifique de Citeo pointe la consommation énergétique élevée des procédés de dépolymérisation et de production de nouveaux monomères, qui à ce jour, peut se révéler un frein environnemental.

Les projets français en bonne voie

En tant qu’institution publique et outil financier du ministère de l’Ecologie, l’Ademe souhaite davantage mobiliser les entreprises et faciliter l’organisation des filières de recyclage. Pour Léonard Boniface, chargé de mission économie circulaire de l’Ademe Auvergne-Rhône-Alpes, il est indispensable de concentrer les efforts sur le déploiement de nouvelles REP, garantes de transparence des données et de traçabilité sur l’ensemble de la chaîne de valeur : « Concernant les plastiques recyclés, on s’aperçoit en effet, que les filières sans REP comme le BTP ou les VHU ne livrent pas toutes les informations nécessaires à la bonne gestion des déchets ». Par ailleurs, le PIA (Programme d’investissements d’avenir) opéré par l’Ademe dispose de deux dispositifs soutenant le recyclage chimique des plastiques : les DTIGA (démonstrateurs et territoires d’innovation de grande ambition) et les concours d’innovation i-Nov destinés aux PME. Parmi les projets de recyclage chimique déjà soutenus par l’Ademe, Léonard Boniface mentionne trois exemples : Polyloop (porté par les entreprises Serge Ferrari, MTB et Insa Lyon) sur le recyclage des PVC composites, moyennant une aide PIA de 2,7 millions d’euros, le projet CE PET porté par Carbios et Insa Toulouse (aide PIA de 7,5 millions d’euros) et Sopraloop porté par Soprema pour recycler le PET opaque et issu de barquettes (aide PIA de 2,8 millions d’euros).

Les projets ne s’arrêtent pas là. Avec le lancement en 2019 d’un programme sur le recyclage chimique des plastiques, l’institut de recherche IFPEN (ex Institut français du pétrole) aborde l’ensemble des boucles (déformulation des polymères, dépolymérisation des monomères, conversion des plastiques en mélange). Parmi les projets à suivre de près, Rewind consiste à dépolymériser des déchets de PET opaques/colorés. Si le recyclage mécanique fonctionne bien pour les bouteilles en plastique transparentes, un verrou réside dans le traitement des bouteilles opaques et du PET thermoformé (barquettes alimentaires). IFPEN a ouvert un projet en 2015 pour répondre au besoin de purification destiné à recycler ces matériaux tout en éliminant les pigments et les colorants. En partenariat avec le pétrochimiste Axens et le recycleur japonais de PET, Jeplan, IPFEN vient de signer un accord de développement et de commercialisation pour démontrer et commercialiser un procédé innovant de recyclage PET par dépolymérisation pour tous les déchets à base de PET (bouteilles, films, barquettes ou textile – polyester).

Ce nouveau procédé, Rewind PET, implique une dépolymérisation optimisée du PET par glycolyse associée à des étapes de purification spécifiques pour éliminer tous les composés organiques et inorganiques présents dans les déchets de PET. Le résultat produit est un monomère, le BHET (Bis (2-HydroxyEthyl) Téréphtalate), prêt à être utilisé dans une usine de PET pour produire tout type de PET, destiné à la fibre ou aux emballages de qualité alimentaire. Les trois partenaires mettent aujourd’hui en commun leurs connaissances opérationnelles, d’ingénierie et technologiques, et s’appuieront sur l’usine de démonstration de 2 000 t/an de Jeplan créée en 2018 pour le recyclage en boucle du textile.

L’industriel japonais a en effet une longueur d’avance dans ce domaine, ayant opéré la toute première usine industrielle de recyclage chimique de bouteilles en PET, Pet Refine Technology, d’une capacité de 22 kt/an. Au cours des six dernières années, IFPEN et Axens ont développé pour leur part, un procédé capable de recycler et de transformer des bouteilles en PET colorées et opaques en PET transparent de qualité alimentaire. Grâce aux travaux réalisés dans les installations d’IFPEN à Lyon et à l’unité de démonstration, les partenaires visent désormais la commercialisation exclusive par Axens du procédé Rewind PET à l’échelle mondiale d’ici à fin 2022. Le pdg d’Axens, Jean Sentenac, est convaincu que ce procédé flexible et performant répondra aux besoins des industries de l’emballage et du textile pour atteindre leurs objectifs ambitieux de recyclage de PET à l’horizon 2025-2030. Au-delà de la licence, Axens proposera aux clients du Rewind PET une offre globale, de la livraison d’unités modulaires clé en main à un soutien complet à l’opération de ce nouveau procédé.

Projet européen MMAtwo

Certaines résines bien que recyclables et de haute qualité restent dans les faits très peu valorisées. C’est le cas du PMMA (poly-méthacrylate de méthyle). Plus connu sous le nom de Plexiglas, il entre dans de nombreuses applications, dont celle très récente des écrans de protection transparents anti-Covid. Sa production s’élève à 2,5 millions de tonnes dans le monde, dont 300 000 tonnes en Europe. Chaque année, environ 30 000 tonnes de déchets en PMMA sont collectés, mais seuls 10 % sont recyclés, le reste est enfoui, incinéré ou exporté. En 2018, un projet européen MMAtwo (programme Innovation Horizon2020) a été lancé sur quatre ans pour un coût total de 8,9 millions d’euros et concerne 13 partenaires (six pays) dont Arkema, Heathland, Comet, JSW, l’université de Gand (Belgique), Certech, le groupe Séché, l’éco-organisme français Ecologic pour les DEEE, Delta Glass ou encore Plados Telma.

L’objectif est de construire à l’échelle européenne une véritable filière de recyclage à la fois pour les déchets post-production (découpe par exemple) et post-consommation (phares de voitures, écrans, vitres, etc.). Avec comme condition de développer de nouvelles matières recyclées à forte valeur ajoutée, grâce à la dépolymérisation. Jean-François Devaux, ingénieur de recherche chez Arkema souligne l’intérêt économique et environnemental du projet, face à l’absence de recyclage pour la majorité des flux post-consommation, principalement orientés aujourd’hui vers l’enfouissement et l’incinération : « avec ce procédé, les déchets de production pourront être recyclés à 95 % contre 70 % aujourd’hui en recyclage mécanique, tandis que les déchets post-consommation provenant de DEEE, du BTP ou de l’automobile, seront recyclés à plus de 60 % contre 10 % en moyenne actuellement ».

Le gisement potentiel de déchets PMMA est estimé en Europe à 30 000 tonnes par an. Le procédé repose essentiellement sur de l’extrusion réactive dans une extrudeuse bi-vis chauffée à plus de 400°C. Des tests réalisés en juin dernier par JSW (Japan Steel Works) ont permis de produire près de 700 kg de PMMA recyclé à partir d’un flux hétérogène. Avec comme résultat : un monomère purifié de qualité. Le procédé de recyclage proprement dit livre de surcroît un bilan environnemental encourageant, et ce malgré l’opération de chauffage, et les étapes de collecte, de broyage et de purification. Toutes les conditions devraient ainsi être réunies pour développer la première usine de dépolymérisation du PMMA en Europe par le recycleur Heathland.

Suez et Loop à la tête d’un futur géant

Un partenariat entre Suez et le Canadien Loop aboutira d’ici à 2023, à la création de la plus grande unité mondiale de recyclage chimique de PET, d’une capacité de production annoncée de 84 000 t/ an. L’entreprise Loop utilise la dépolymérisation pour recycler les déchets d’emballages en PET et les fibres de polyester de faible valeur. Elle assure pouvoir ainsi traiter les bouteilles et emballages plastiques, les tapis et textiles, quels que soient leur couleur, leur niveau de transparence ou leur état, y compris les plastiques provenant des océans, dégradés par le soleil et le sel. Les monomères sont filtrés, purifiés et polymérisés pour créer une résine PET, apte au contact alimentaire et des fibres de polyester de qualité vierge certifiées Loop. La future usine Infinite Loop sera installée en Europe et répondra à la demande croissante des producteurs de boissons et de biens de consommation en Europe, en matière plastique recyclée.  La sélection finale du site et les travaux d’ingénierie devraient être finalisés courant 2021.

Crédit : Suez, MMAtwo, Ademe, Citeo

Savoir :

Forum recyclage chimique du plastique les 5 et 6 octobre, organisé par Citeo

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