Une équipe de chercheurs de l’ETH dirigée par Athina Anastasaki a réussi à décomposer le plastique en ses éléments constitutifs moléculaires et à en récupérer plus de 90 %. Un premier pas vers un véritable recyclage du plastique.
Comme les perles d’un collier de perles, les blocs de construction moléculaires des chaînes polymères peuvent être récupérés et entièrement réutilisés. Crédit image: fer-écriture via PixabayLicense gratuite
L’industrie chimique a une longue tradition de production de polymères. Cela implique de transformer de petits blocs de construction moléculaires en longues chaînes de molécules qui se lient ensemble. Les polymères sont à la base de toutes sortes de plastiques courants, tels que le PET et le polyuréthane.
Cependant, alors que la formation de polymères est bien établie et bien étudiée, les scientifiques ont accordé peu d’attention à la façon dont les chaînes de polymères sont décomposées (un processus appelé dépolymérisation) pour récupérer leurs éléments constitutifs individuels – les monomères. L’une des raisons en est que la décomposition des polymères est un processus complexe.
La question de savoir si un polymère peut être décomposé en ses parties constitutives dépend des différents procédés de fabrication de polymères qui ont été utilisés. Une autre raison est que les procédés de dépolymérisation utilisés jusqu’à présent nécessitent beaucoup d’énergie, ce qui les rend économiquement non viables. À cela s’ajoute le fait que les polymères recyclés ne sont généralement utilisés que dans la fabrication de produits de faible valeur.
Les monomères sont récupérés à partir d’un polymère pour produire un nouveau produit qui peut à nouveau être décomposé en ses éléments constitutifs. Crédit image : de Wang HS et al, JASC, 2022
L’objectif est de décomposer les polymères
Athina Anastasaki, professeure de matériaux polymères à l’ETH Zurich, veut changer cela. Elle s’est fixé pour objectif de produire des polymères qui peuvent être facilement décomposés en leurs éléments constitutifs afin qu’ils puissent être entièrement recyclés.
La scientifique des matériaux a pu faire un premier pas important dans cette direction : une étude de son groupe vient d’être publiée dans la revue Journal de l’American Chemical Society. Dans ce document, Anastasaki et ses collègues montrent qu’ils peuvent décomposer certains polymères en leurs éléments constitutifs de base – les monomères – et les recycler pour les utiliser dans des matériaux pour d’autres applications.
Les polymères décomposés sont des polyméthacrylates (par exemple Plexi Glass) qui ont été produits à l’aide d’une technique de polymérisation spécifique appelée polymérisation réversible par addition-fragmentation-transfert de chaîne – autrement connue sous le nom de RAFT. Cette méthode relativement nouvelle, qui suscite maintenant également l’intérêt de l’industrie, produit des chaînes polymères de longueur uniforme.
Premier succès
Les chercheurs de l’ETH Zurich ont réussi à récupérer jusqu’à 92% des éléments constitutifs des polyméthacrylates sans ajouter de catalyseur qui permettrait ou accélérerait la réaction. « Notre méthode pourrait éventuellement être développée encore plus pour impliquer l’utilisation d’un catalyseur. Cela pourrait augmenter encore plus le montant récupéré », explique Anastasaki.
Le groupe chimique présent à l’extrémité d’une chaîne polymère est crucial pour la dégradation du polymère. En chauffant le mélange solvant polymère à 120°C, les chercheurs ont créé ce qu’on appelle des « radicaux » en bout de chaîne polyméthacrylate, qui ont déclenché la dépolymérisation. Des chercheurs de l’Université nationale australienne de Canberra ont pu confirmer mathématiquement les résultats.
Produire le même produit ou un produit différent
Selon Anastasaki, les blocs de construction récupérés de cette manière peuvent être utilisés pour produire le même polymère ou un produit complètement différent – un hydrogel insoluble qui peut également être décomposé en ses monomères. Les produits nouvellement créés sont de qualité similaire à ceux d’origine. Cela contraste avec les produits précédents fabriqués à partir de polymères recyclés.
Mais il y a un hic : « Les produits fabriqués avec la polymérisation RAFT sont plus chers que les polymères conventionnels », explique Anastasaki. Pour remédier à cet inconvénient, elle et son groupe travaillent déjà à étendre la méthode aux applications à grande échelle, ce qui la rendra plus compétitive et les produits qui en résulteront moins chers. Les chercheurs visent également à augmenter la quantité récupérée et à récupérer tous les éléments constitutifs d’un polymère.
Le scientifique des matériaux cherche également à savoir si d’autres polymères peuvent être dépolymérisés. Elle s’intéresse particulièrement au polystyrène, un plastique répandu et peu coûteux qui est utilisé dans de nombreux domaines de la vie quotidienne (Styrofoam).
La méthode ne résoudra pas le problème des plastiques à court terme
Même si cette nouvelle méthode laisse espérer de résoudre le problème des déchets plastiques de l’humanité, Anastasaki écarte l’idée pour le moment. Il n’y a pas de solution rapide au problème. Elle poursuit en disant. « Il faudra beaucoup de temps et de recherches avant que le procédé ne soit établi dans l’industrie chimique. » Il ne se débarrassera pas non plus des déchets plastiques : les polymères d’aujourd’hui ne peuvent pas être décomposés de cette manière. Certains nouveaux polymères appropriés doivent entrer en circulation avant que leurs éléments constitutifs puissent être récupérés. Mais la méthode a un avantage : aucune nouvelle usine chimique n’est nécessaire pour son introduction et son utilisation.
« Nous n’en sommes qu’au début de nos recherches sur la dépolymérisation. Il existe plus de 30 000 études sur le développement de nouvelles stratégies de polymérisation, dont seule une poignée aborde le sujet de la récupération des monomères », déclare Anastasaki.
La source: ETH Zurich
