Roland Borghi

Retraité, professeur des universités, ingénieur de l’aéronautique, chercheur du domaine : Combustion et flammes

Les Cahiers Rationalistes
n°675

Avril 2021

 > Document transition écologique <

Recyclage et transition écologique

 Résumé :

  • Nous présentons un état des recyclages des métaux, des verres, creux ou plats, des emballages en matière plastique, des objets et plaques en plastique, des pneus, en précisant ce qui peut techniquement se faire et ce qu’il a été choisi de faire.
  • Il faut souligner que ces recyclages permettent non seulement de diminuer les déchets (polluants ou non) et de pallier le manque futur de matériaux « de base », mais ils permettent aussi, dans la plupart des cas, de faire des économies d’énergie notables et de diminuer les émissions de gaz à effet de serre, et ceci sans compter l’énergie nécessaire à l’extraction des minerais.
  • Finalement, nous discutons la façon de combiner les divers recyclages aujourd’hui possibles, et ceux qui doivent être perfectionnéen priorité pour satisfaire au mieux les objectifs globaux de la transition écologique.

 Introduction

Il est souhaitable de faire appel au recyclage de certains « matériaux de base », présents dans des objets considérés comme « usés », et ceci à plusieurs titres. D’abord, c’est pour pouvoir rendre certaines fabrications durables, lorsque des matières premières naturelles sont difficilement disponibles. C’est aussi pour limiter au maximum la pollution par les déchets abandonnés et les dégradations de toutes sortes qu’ils causent à la nature. Enfin, cela permet des économies d’énergie et de CO2 émis.

Ce n’est pas seulement le recyclage pour refaire le même objet qui nous intéresse, mais celui (moins restrictif) de ces « matériaux de base », qui sont remis alors dans le cycle de l’utilisation humaine, pour faire des objets d’utilité semblable, ou d’autres. Ceci n’est pas possible indéfiniment, à l’heure actuelle, sauf pour un petit nombre de ces matériaux de base. Mais ces recyclages encore imparfaits sont déjà utiles : ils permettent de se donner suffisamment de temps pour améliorer les techniques. Ils constituent bien plus que ce qu’on appelle la « gestion de déchets », où on les recycle une seule fois pour obtenir un objet différent ou, souvent, on les brûle. 

Nous ne pourrons traiter que quelques « matériaux de base », en précisant ce que les connaissances scientifiques et techniques actuelles permettent de faire, ainsi que ce qui est mis en application pratique ou ne l’est pas, et pour quelles raisons. Il nous a paru intéressant, aussi, de montrer comment les différentes techniques mises en œuvre peuvent être utilisées et combinées, dès aujourd’hui, dans la perspective de la transition écologique. C’est ce que nous esquissons à la fin du texte[1].

Le recyclage des métaux et alliages

Ce recyclage est pratiqué depuis longtemps : c’était, dans le passé, le travail des forgerons.

Aujourd’hui, dans toutes les aciéries, pour fabriquer les différents types d’aciers (alliages fer-carbone à moins de 2,5% de carbone), on ne convertit pas seulement la fonte (alliage à 4% de carbone environ) provenant des hauts-fourneaux traitant le minerai (des oxydes de fer), mais aussi depuis longtemps la « ferraille » récupérée. On affine ensuite les aciers, et on peut fabriquer aussi des aciers spéciaux, qui sont des alliages contenant d’autres métaux ; en particulier les aciers appelés « inoxydables » comportent notamment du chrome et du nickel. Depuis 1950 environ, la plupart des aciéries exploitent des fours à arc électrique qui peuvent utiliser directement des ferrailles de récupération (ce qui, en France, génère peu de CO2).

Ce recyclage est donc techniquement possible à l’infini, mais il nécessite que les ferrailles soient collectées, triées et nettoyées, ce qui est d’autant plus rentable que les pièces sont grosses. Pour les petits objets, par exemple les boîtes de conserve (acier doux avec une couche d’étain), c’est la collecte et le nettoyage qui rendent le recyclage moins courant que celui des ferrailles. En Europe, en 2017, sur environ 100 millions de tonnes d’aciers produits, 80% provenaient du recyclage (Paprec-métal)[2].

On recycle depuis longtemps aussi le cuivre, depuis des déchets où il est (pratiquement) pur, ou en alliage, comme les laitons, les bronzes et d’autres. La production du cuivre raffiné à partir de déchets est de nos jours tout à fait courante. Elle donnait en Europe, dans les années 80, 20% environ du cuivre produit, et 45% en 2008.

L’aluminium et ses différents alliages sont recyclés couramment, après refonte et affinage : en 2000, 37% de la consommation dans le monde provenait d’un recyclage, 48% aux USA et 35% en France. C’est moins que pour les aciers, mais si la collecte des déchets de fabrication[3] est satisfaisante, la collecte des déchets d’utilisation doit être perfectionnée. De nombreux aspects de cette activité figurent dans une thèse de l’UNIL (Université de Lausanne)[4].

L’aluminium est beaucoup utilisé en alliages. Le recyclage peut se faire en repassant par l’aluminium liquide pur, mais la purification est souvent difficile (cf. note 4), ou alors en séparant le plus possible les déchets suivant le type d’alliage et même la « nuance ». Par ailleurs, les alliages d’aluminium recyclés avec des compositions moins précises peuvent aussi être utilisés pour des applications moins exigeantes, comme certaines pièces fondues. Grâce à toutes ces techniques, il est possible de recycler l’aluminium un grand nombre de fois. 

Pour tous les métaux, le recyclage économise la demande en minerai, il économise aussi de l’énergie, et beaucoup, puisqu’il faut uniquement fondre le métal récupéré et non l’extraire d’un minerai donné. Pour les aciers, on n’a besoin que de 25% de l’énergie qui serait nécessaire pour les produire à partir de minerais, et pour l’aluminium, c’est seulement 5% (Aluquébec[5]). Il réduit aussi beaucoup le CO2 émis, surtout lorsqu’on utilise des fours électriques (cas de la France). De plus, le recyclage de l’aluminium réduit par un facteur important l’émission de gaz à effet de serre (CO2, CF4 et C2F6) par rapport à celle qui accompagne sa fabrication électrolytique[6].

Le recyclage du verre

 Il est aussi pratiqué depuis longtemps.

Pour fabriquer du verre, on fond un mélange de solides comprenant de la silice et certains « fondants » destinés à abaisser la température de fusion (soude, potasse), plus des « stabilisants » et une certaine quantité de « calcin », des rebuts de verre broyés.  Et aussi des constituants secondaires pour colorer le verre, si nécessaire.

Dans le calcin, on doit éviter de mélanger des verres qui ont des températures de fusion trop différentes (pyrex, vitrocéramiques), ou des propriétés spécifiques dus à certains additifs. Pour les « verres creux » (bouteilles), on utilise actuellement jusqu’à 50% de calcin, pour le verre cellulaire ou la laine de verre, 60 à 90% de calcin. Les verres « plats », de qualité plus exigeante, sont fabriqués avec jusqu’à 30% de calcin, usuellement provenant de la verrerie elle-même. L’utilisation de plus de calcin permet de réduire l’énergie nécessaire à la fabrication de nouveaux produits : ajouter 10% de calcin permet de réduire de 2 à 3% l’énergie de fusion elle-même[7]. Avec toutes ces précautions, le recyclage du verre peut se faire à l’infini.

Les « verres creux » sont recyclés très couramment, il suffit que la collecte sépare approximativement les couleurs. Les « verres plats » (pour la construction, fenêtres, panneaux, portes) sont aussi collectés, mais on n’en refait pas du verre plat à l’heure actuelle, car il faut utiliser du verre broyé de qualité suffisante, dont la collecte est plus difficile[8].

 Il est intéressant de noter que les déchets de verre difficilement recyclables sont aussi, aujourd’hui, broyés et mélangés avec du béton, à la place de sable, pour la construction, notamment pour la fabrication de plaques pour des dallages ou des murs.

Recyclage des matières plastiques

 Il y a de très nombreux types de « plastiques » utilisés, soit pour la fabrication d’objets ou de plaques, d’abord petites et maintenant plus grosses (dans le bâtiment ou comme éléments de carrosseries par exemple), soit surtout (40% environ) pour des emballages de forme fixe ou souples, alimentaires ou non. Ils sont tous faits à partir de pétrole : ce sont des polymères utilisant les éléments chimiques C, O, H, et quelquefois N et Cl. Ils sont très divers : des polyoléfines (polyéthylène : PE, polypropylène : PP), des polyesters, du polyuréthane, des polycarbonates, du PVC (chlorure de polyvinyle), polystyrène (PS), avec divers additifs ou colorants. Par exemple, pour les bouteilles, on utilise du polytéréphtalate d’éthylène (PET, un polyester)ou du PEHD (PE à haute densité, pour bouteilles de lait). Certains plastiques ont des propriétés particulièrement intéressantes, un rôle de barrière pour certains gaz par exemple, maisil a été établi que certains ont des propriétés nocives pour la santé.

Le recyclage des plastiques est bien moins répandu que celui des métaux ou du verre (26% en France, 43% sont brûlés et 31% enfouis dans les décharges ou perdus dans la nature, des 2 millions de tonnes environ fabriquées par an)[9]. La première raison est que presque la moitié est constituée de très nombreux petits emballages dont le tri doit être fait par les utilisateurs eux-mêmes. La seconde est leur grande diversité, pas assez bien repérée, qui complique ce tri. Or les emballages plastiques « perdus » dans la nature ont des effets catastrophiques (voir le rapport récent de l’Académie des sciences[10]).

Le recyclage mécanique (après la collecte, tri, sur-tri, broyage en granulés, lavage) est pratiquement le seul employé aujourd’hui. Il l’est pour les emballages plastiques les plus courants, comme le PE des emballages souples (qui sont élastiques et résistants), ainsi que pour les petits objets de forme fixe (bouteilles par exemple), avec « sur-tri » pour séparer les sortes de plastiques, notamment selon leur couleur. Mais pour d’autres, le tri et la purification sont plus difficiles, et le recyclage n’est pas actuellement considéré comme rentable. L’inconvénient du recyclage mécanique est qu’il fait « vieillir » les polymères, plus ou moins selon le cas (les dégradant, ou à cause des additifs), ce qui limite le nombre de cycles et souvent ne permet pas de leur redonner les mêmes qualités. Ce recyclage mécanique peut être fait à petite échelle : il y a des installations d’une capacité de 500 tonnes par an, d’autres de 10 000 tonnes par an[11].

Il est tout à fait possible d’effectuer des recyclages chimiques. Techniquement des voies sont connues. Il s’agit soit d’une simple dissolution pour retrouver le polymère pur (valable pour le PVC et les polyoléfines), soit d’une dépolymérisation où le monomère est régénéré. Il faut adapter la méthode à chaque type de polymère et à ses additifs, donc organiser le tri assez strictement, et ensuite industrialiser le processus. Ces contraintes ont été dissuasives jusqu’à aujourd’hui, puisqu’il faudrait développer autant de méthodes qu’il y a de types de plastiques, et les fabricants eux-mêmes, qui connaissent le mieux les matériaux, n’ont pas été incités à s’y impliquer. Néanmoins, il n’y a pas d’impossibilité à développer ce recyclage pour certains plastiques bien choisis. Des méthodes avancées utilisant des bactéries ont même été découvertes, par exemple le recyclage chimique du PET qui redonne le monomère dans un état approprié pour refaire du PET (voir le rapport de l’Académie des sciences).

L’usage de matériaux plastiques pour les grandes pièces de carrosseries d’automobiles a beaucoup augmenté ces dernières années ; il vient en troisième position derrière les emballages et les fenêtres et tubes pour le bâtiment. Un bénéfice très important résulte du fait que le poids de l’automobile est nettement plus faible, d’où une consommation plus faible (et un dégagement de CO2 moindre, s’il y en a) que si elle était entièrement métallique. De plus les outillages de fabrication sont bien moins chers, de sorte que des séries très grandes sont moins nécessaires.

Pour les carrosseries, on a d’abord utilisé des plastiques thermodurcissables qui deviennent aussi résistants que les métaux, renforcés ou non par des fibres de verre ou de carbone, mais on ne sait pas les recycler. Par contre, le recyclage est possible en utilisant des thermoplastiques (qui peuvent être déformés quand on les chauffe) dont la température de fusion est assez élevée, bien au-dessus de 200°C. Par exemple un alliage de polyamide et polypropylène-éther peut être utilisés. Les dilatations, plus élevées que pour l’acier, sont plus difficiles à contrôler, mais des joints spéciaux plus souples ont été mis au point.

Le polycarbonate thermoplastique, en plaques ou pièces – certaines, de grandes dimensions, sont utilisées dans la construction – est recyclable presque indéfiniment. Il peut, lui aussi, être broyé, lavé, puis fondu pour former de nouvelles pièces un grand nombre de fois[12]. Le polystyrène expansé peut être recyclé s’il est propre, il est collecté dans les entreprises du bâtiment et chacun peut l’apporter aux déchetteries.

 Le recyclage du caoutchouc des pneumatiques est une question importante, elle aussi. Le constituant majoritaire est un élastomère (au début tiré de l’hévéa, mais maintenant c’est un élastomère de la pétrochimie), avec du textile et de l’acier. La récupération des pneus usés est de la responsabilité des fabricants mais, en France, environ 25% sont actuellement recyclés, le reste est « valorisé pour l’énergie », donc brûlé. Le recyclage des pneus usagés (sauf pour les rares qui sont « rechapés ») consiste à les broyer, puis à faire des granulés. Les granulés peuvent être utilisés dans les remblais routiers et les plus petits, « la poudrette », sont incorporés à des revêtements de sols, des chaussures, et d’autres objets[13]. On en fait aussi des petites roues pour des chariots. Il est possible d’en incorporer jusqu’à 10% dans la fabrication de pneus neufs. Pour en incorporer plus, il faut dé-vulcaniser le caoutchouc, c’est-à-dire rompre les liaisons-soufre qui réticulent les différentes chaînes de polymère. Les méthodes actuelles ne permettent pas de le faire sans que certaines propriétés du caoutchouc soient dégradées[14].

Il faut remarquer que si les granulats de pneus qu’on brûle produisent du CO2, ils sont le plus souvent utilisés à la place de charbon ou d’un hydrocarbure. C’est le cas en particulier dans les fours de cimenterie, qui ne peuvent (encore ?) utiliser l’électricité. Dans ce cas, le fer et la silice qu’ils contiennent sont, de plus, utiles dans le ciment (43% des pneus collectés en 2014 ont été recyclés ainsi, correspondant à 12,5% de ces matières).

Autres recyclages importants

Le premier est celui du recyclage des matériaux de base dans les divers appareils électroniques (micro-ordinateurs, téléphones portables, etc.). Ces appareils sont très nombreux et répandus partout, l’incitation à en acheter de nouveaux est permanente. Ils sont collectés en France mais le traitement des cartes électroniques (avec silicium, métaux précieux et rares) est extrêmement difficile. Il faut recycler aussi  les panneaux solaires photovoltaïques[15], et il est important de récupérer, dans tous les moteurs électriques, les aimants au néodyme (terre rare). Dans les accumulateurs il faut récupérer les métaux rares (lithium, lanthanides) ou toxiques (plomb). Les difficultés sont grandes dans tous les cas, surtout si les objets sont petits et largement disséminés.

On continue de chercher des techniques qui font moins appel à ces matières rares. Par exemple, les cellules photoélectriques à base de polymères semi-conducteurs et les batteries métal-air pourraient répondre, au moins partiellement, à cet impératif.

Le second concerne le sable. Bien que très courant sur la Terre, son exploitation, officielle ou de contrebande, commence à dégrader localement les sites naturels un peu partout sur la planète. Il est très utilisé dans la construction, pour les verres et pour le silicium. Le recyclage du béton (sous forme de granulats), déjà pratiqué, peut être développé pour diminuer l’extraction du sable et éviter des décharges envahissantes de déchets de construction.

Dans le cadre de la transition écologique

 Il est intéressant d’examiner comment les recyclages présentés ici peuvent être utilisés pour les objectifs de la transition écologique.

a) D’abord, il faut remarquer que les difficultés de recyclage sont dues à la fois à des collectes et tris qui doivent être assez rigoureux, aussi bien qu’à des questions techniques. Très souvent, la collecte et le tri sont les éléments limitant actuellement ce recyclage, et leurs difficultés sont très amplifiées pour des objets petits, souvent d’utilité voisine, dispersés, et de durée d’usage courte. D’un autre côté, beaucoup de questions techniques sont dues à l’industrialisation qui peut être très facilitée par sa prise en compte dès la conception. Il y a donc de nombreuses améliorations possibles à la situation actuelle. Mais, de toute façon, il restera que les objets trop difficiles à recycler devront être remplacés à terme par d’autres.

b) Il est clair que la première priorité est d’arrêter (le plus vite possible) la combustion de produits carbonés. Le recyclage des métaux est efficace pour cela, avec les aciéries électriques. Dans l’industrie du verre, le recyclage diminue l’énergie consommée dans ce domaine, mais dans une bien moindre mesure.

c) Il est aussi urgent d’éliminer au maximum la fabrication et l’utilisation des emballages plastiques, dès que possible, d’autant plus que les circuits courts d’approvisionnement les rendent moins utiles. Ils sont extrêmement nuisibles pour la nature et certains emballages présentent des dangers pour la santé. Étant donné les difficultés inhérentes à leur collecte, leur tri, leur difficile traçabilité, les défauts du recyclage mécanique et le temps nécessaire à la mise au point de divers recyclages chimiques spécifiques, il est plus efficace d’arrêter leur utilisation courante.

d) Il faut cependant récupérer autant que faire se peut tous les emballages plastiques déjà fabriqués, y compris, bien sûr, ceux déjà dispersés dans la nature, et les éliminer. Ce ne doit pas être pour les brûler, sauf si c’est pour remplacer des combustibles carbonés, ni pour les expédier à l’étranger[16]. Leur recyclage dans de nouveaux matériaux de construction, de bâtiments ou de routes est sans doute la méthode la plus facile. Les diverses façons de le faire devront être étudiées et testées, au niveau de petites entreprises déconcentrées.

e) Néanmoins, la question du recyclage des grandes pièces en plastique (pour les carrosseries par exemple) n’est pas la même. La fabrication en plastique plutôt que métallique présente de grands avantages pour diminuer l’énergie nécessaire dans la fabrication comme dans l’utilisation. Les collectes et les tris sont bien plus faciles que pour les emballages, les possibilités techniques de recyclage sont aussi nettement plus favorables, même si l’expérience pratique est encore neuve. Les recyclages chimiques repassant par les monomères, pour quelques polymères bien choisis, devront être perfectionnés, ce qui sera obligatoire quand les hydrocarbures seront plus rares. Pour faciliter le recyclage, il convient de demander aux fabricants de prendre en compte sa nécessité dès la conception d’un produit.

f) Le recyclage des pneus usés reste important à améliorer. La « dé-vulcanisation » ou d’autres méthodes doivent être étudiées et mises au point.

g) Le recyclage des métaux précieux et des terres rares[17] des appareils électroniques restera un problème aussi important, si ce n’est plus. Dès maintenant, leur recyclage doit être perfectionné et développé, de préférence dans de petites entreprises réparties dans le pays.

Remerciements à Michel Verdaguer pour ses commentaires et suggestions.

Avril 2021
Roland Borghi
Ce texte a été publié dans les Cahiers Rationalistes n°675 (novembre-décembre 2021)

[1] La question de la rentabilité financière des recyclages dépend de tant de paramètres que nous nous contenterons de présenter les difficultés et les avantages de certains d’entre eux.
[2] https://www.paprec.com/fr/comprendre-le-recyclage/tout-savoir-sur-les-matieres-recyclables/ferrailles-et-metaux/
[3] Ce sont les déchets dus à la fabrication des objets initiaux : éclaboussures et restes de fonderie, chutes de découpe de barres, tubes, plaques, copeaux d’usinage… dont la quantité n’est pas négligeable et dont le fabricant connaît parfaitement la composition.
[4] https://serval.unil.ch/resource/serval:BIB_35067CFB1561.P001/REF.pdf
[5] https://ceal-aluquebec.com/recyclage-aluminium/
[6] C’est l’avantage de ne pas recycler les oxydes des métaux, ce qui pourrait être fait.
[7] https://www.vgi-fiv.be/environnement-et-energie/le-recyclage/
[8] https://www.saint-gobain.com/fr/le-recyclage-passe-par-la-fenetre
[9] https://www.paprec.com/fr/comprendre-le-recyclage/tout-savoir-sur-les-matieres-recyclables/plastiques/
[10] Lettre d’information de l’Académie des sciences, Les plastiques dans l’environnement, avril 2021, n°170.
https://www.academie-sciences.fr/pdf/rapport/20210316_plastiques_environnement.pdf
[11]  https://www.ifpenergiesnouvelles.fr/innovation-et-industrie/nos-expertises/climat-environnement-et-economie-circulaire/recyclage-des-plastiques
[12] https://www.hubency.com/
[13] Mais ce n’est un « vrai recyclage » que si l’on peut récupérer le matériau de base.
[14] https://abgi-France.com/communication/comment-revaloriser-nos-dechets-en-caoutchoucs/
[15] Voir R. Borghi, La production d’électricité à partir de l’énergie solaire, CR n° 670, janvier-février 2021.
[16] L’exportation hier vers l’Indonésie et l’Inde, demain peut-être vers le Kenya, de déchets (notamment de matières plastiques), pratiquée par les pays dont le niveau de la consommation est très élevé est un scandale auquel il faudrait mettre un terme au plus tôt. [17] Les “terres rares” comprennent les 15 lanthanides, le scandium et l’yttrium.

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