Quand on évoque le plastique, on a souvent tendance à regrouper ses différentes formes sous une seule et même catégorie. Or, les bouteilles d’eau, les bidons de lait, les boîtes d’œufs et les cartes de crédit sont constitués de matériaux différents. Vous l’avez sans doute remarqué si vous triez vos déchets et que vous essayez de savoir quel produit va dans quel bac. Une fois arrivé dans un centre de recyclage, les différents types de plastique sont triés et séparés. C’est un processus qui peut être long, coûteux et qui, en fin de compte, limite le nombre et la qualité de matériaux à recycler.
Ce mercredi 30 novembre 2022, des chercheurs ont mis au point un nouveau procédé permettant de transformer un mélange de plusieurs types de plastiques en propane. Ce dernier est un composant chimique simple qui peut être utilisé comme carburant ou converti en nouveaux plastiques voire en d’autres produits. Le procédé fonctionne car, bien que leur chimie exacte puisse différer, de nombreux plastiques partagent une structure de base similaire : ils sont constitués de longues chaînes composées principalement de carbone et d’hydrogène.
Chaque année, on produit plus de 400 millions de tonnes de plastiques
Associée à des politiques et à des mesures de protection de l’environnement, le fait de réinventer le recyclage pourrait contribuer à prévenir certains des pires dégâts causés par les plastiques.
Plus de 400 millions de tonnes de plastiques sont produites chaque année dans le monde. Sur ce total, moins de 10% sont recyclés, environ 30% est utilisé pour une durée plus ou moins longue, et le reste se retrouve dans les décharges, est jeté dans la nature ou est incinéré. Les plastiques sont également un moteur important du changement climatique : leur production a représenté 3,4% des émissions mondiales de gaz à effet de serre en 2019. Non seulement le recyclage permet d’éviter que les plastiques ne se retrouvent dans les décharges et les océans mais de nouvelles façons de produire des éléments de base pour les plastiques pourraient également contribuer à réduire les émissions.
"Notre ambition est de réfléchir à des moyens de considérer ces déchets plastiques comme une matière première précieuse", explique Julie Rorrer, boursière postdocorale en génie chimique au MIT et l'un des principaux auteurs de cette récente recherche.
Un pas vers l'idée de circularité du plastique ?
L’un des principaux avantages de la nouvelle approche mise au point par Julie Rorrer et ses collègues est que celle-ci fonctionne sur les deux types de plastique les plus couramment utilisés aujourd’hui : le polyéthylène et le polypropylène. À l’intérieur du réacteur, on introduit un mélange de plastiques employés pour fabriquer des bouteilles et des bidons de lait. On obtient alors du propane. L’approche est très sélective, le propane représente environ 80% des gaz du produit final.
"C’est vraiment passionnant car c’est un pas vers l’idée de circularité", s’enthousiasme Julie Rorrer.
Afin de réduire l’énergie nécessaire à la décomposition des plastiques, le procédé s’appuie sur un catalyseur composé de deux éléments : du cobalt et un matériau poreux ressemblant à du sable appelé "zéolite". Les chercheurs ne savent pas encore exactement comment cette combinaison fonctionne mais Julie Rorrer indique que la sélectivité provient probablement des pores de la zéolite, qui limitent l’endroit où les longues chaînes moléculaires des plastiques réagissent, tandis que le cobalt, lui, aide la zéolite à rester active.
Le procédé est encore loin d’être prêt pour une utilisation industrielle. Pour l’instant, la réaction se fait par petits lots et il faudrait probablement qu’elle fonctionne en continue pour être économique.
D’après Julie Rorrer, les chercheurs réfléchissent également aux matériaux qu’ils devraient utiliser. Le cobalt est plus courant et moins cher que certains autres catalyseurs qu’ils ont essayés, comme le ruthénium et le platine, mais ils explorent encore d’autres options. Selon Julie Rorrer, une meilleure compréhension du fonctionnement des catalyseurs pourrait leur permettre de remplacer le cobalt par des catalyseurs moins onéreux et plus abondants.
Le PVC, un plastique difficile à recycler ?
L'objectif ultime serait d'arriver à un système de recyclage des plastiques à alimentation entièrement mixte, dit Julie Rorrer avant d'ajouter : "Cette idée n'est pas complètement saugrenue".
Toutefois, la réalisation de cette vision nécessitera quelques ajustements. Le polyéthylène et le polypropylène sont de simples chaînes de carbone et d'hydrogène alors que certains autres plastiques contiennent d'autres éléments, comme l'oxygène et le chlore, qui pourraient poser un problème aux méthodes de recyclage chimique.
Par exemple, si le chlorure de polyvinyle (PVC), largement utilisé dans la fabrication des bouteilles et des tuyaux, se retrouve dans ce système, il pourrait désactiver ou empoissonner le catalyseur tout en produisant des gaz toxiques secondaires. Par conséquent, les chercheurs doivent encore trouver d'autres moyens de traiter ce plastique.
Les scientifiques étudient également d'autres moyens de réaliser le recyclage des plastiques à alimentation mixte. Dans une étude publiée en octobre dernier dans la revue Science, des chercheurs ont utilisé un processus chimique en même temps que des bactéries génétiquement modifiées pour décomposer un mélange de trois plastiques couramment utilisés.
Une approche qui pourrait être utilisée à grande échelle
La première étape, qui consiste en une oxydation chimique, coupe les longues chaînes créant ainsi des molécules plus petites auxquelles de l'oxygène a été ajouté. L'approche est efficace car l'oxydation est "assez polyvalente" et fonctionne sur toute une série de matériaux, précise Shannon Stahl, auteur principal de la recherche et chimiste à l'université du Wisconsin.
L'oxydation des plastiques génère des produits qui peuvent ensuite être absorbés par les bactéries du sol qui ont été modifiées pour s'en nourrir. En modifiant le métabolisme des bactéries, les chercheurs pourraient éventuellement fabriquer de nouveaux plastiques comme de nouvelles formes de nylon.
La recherche est encore en cours, déclare Alli Werner, biologiste au National Renewable Energy Laboratory et l'un des auteurs de l'étude parue dans Science. En particulier, l'équipe s'efforce de mieux comprendre les voies métaboliques utilisées par les bactéries pour fabriquer les produits afin d'accélérer le processus et de produire de plus grandes quantités de matériaux utiles.
Cette approche pourrait probablement être utilisée à plus grande échelle car l'oxydation et les bactéries génétiquement modifiées sont déjà très répandues : l'industrie pétrochimique s'appuie sur l'oxydation pour fabriquer des millions de tonnes de matériaux chaque année. Et les micro-organismes sont utilisés dans des secteurs tels que le développement de médicaments et la transformation des aliments.
Lorsque des biologistes comme Alli Werner et des ingénieurs chimistes comme Julie Rorrer s'intéressent à de nouvelles méthodes de recyclage du plastique, ils ouvrent des possibilités de repenser la façon dont nous traitons les grandes quantités de déchets plastiques.
"La communauté est bien placée pour relever ce défi", affirme Julie Rorrer. Elle a d'ailleurs remarqué un afflux important de nouveaux chercheurs qui commencent à travailler sur les plastiques : "On dirait que tout le monde se lance dans le recyclage du plastique".
Article de Casey Crownhart, traduit de l'anglais par Kozi Pastakia.
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