CONTRIBUTION A LA VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES …

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

**********

MENTION INGENIERIE PETROLIERE

*********

PARCOURS PETROCHIMIE

Mémoire de fin d’études pour l’obtention du diplôme de LICENCE

Intitulé :

Présenté par : HENITSOAFIDY Rémy Onésime

Soutenu le : 09 Mai 2017

Promotion 2016

CONTRIBUTION A LA VALORISATION DES

DECHETS PLASTIQUES POUR LA

PRODUCTION DES MATERIAUX COMPOSITES

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

**********

MENTION INGENIERIE PETROLIERE

*********

PARCOURS PETROCHIMIE

Mémoire de fin d’études pour l’obtention du diplôme de LICENCE

Intitulé :

CONTRIBUTION A LA VALORISATION DES

DECHETS PLASTIQUES POUR LA PRODUCTION

DES MATERIAUX COMPOSITES

Présenté par : HENITSOAFIDY Rémy Onésime

Soutenu le : 09 Mai 2017

Membres du Jury :

Président du jury : Docteur RARIVOSON Nantenaina

Encadreur : Professeur RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné

Examinateur : Docteur RAHARINJATO Fanja

Promotion 2016

Je dédie cet ouvrage pour honorer

la mémoire de ma Mère

RAZANADRATSIRY Agnès Onésime G.

* * * *

* * * * µ

REMERCIEMENTS

J’aimerais adresser mes vifs remerciements à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à

la réalisation de ce mémoire, en particulier :

DIEU tout puissant qui, par sa grâce et sa volonté, a permis que ce mémoire puisse

être réalisé ;

Professeur ANDRIANAHARISON Yvon, Directeur de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo qui a bien voulu m’autoriser à faire mes études au sein de

l’ESPA ;

Professeur ANDRIANAIVO Lala, Chef de la Mention Ingénierie Pétrolière qui a bien

voulu m’autoriser à effectuer cette soutenance ;

Docteur RARIVOSON Nantenaina, enseignante à l’ESPA qui a bien voulu Présider

cette soutenance ;

Docteur RAHARINJATO Fanja, enseignante à l’ESPA qui m’a fait l’honneur de siéger

au sein de ce jury en tant qu’examinateur ;

Professeur RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné Chef de la Mention Génie des

Procédés Chimiques et Industriels qui m’a encadré, mais surtout n’a ménagé son temps

ni ses peines pour me prodiger tous les conseils et instructions qui m’ont permis de mener

à bien ce travail ;

Mr RANDRIAMORA Edmond, Chef principal du Bloc Technique sise à Ankatso, Mr

RANDRIANTSEHENO Jean et tout le personnel y travaillant qui m’ont offert leurs

précieux aides durant mes séances de travaux pratiques ;

Mon père, ma tante, mes frères et soeurs, qui par leur compréhension, leur sacrifice, leur

soutien moral, financier, spirituel m’ont beaucoup aidé pour l’accomplissement de ce

mémoire ;

Tous les enseignants et enseignantes de la Mention Ingénierie Pétrolière pour les

formations qu’ils ont dispensé ; toute ma famille ainsi que mes amis sans oublier ma

promotion de classe qui étaient toujours à mes côtés pour me soutenir.

A vous tous « MERCI » …

Mémoire de fin d’études Ingénierie Pétrolière/ Pétrochimie

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS

LISTE DES ABREVIATIONS- LISTE DES ACRONYMES

LISTE DES ANNEXES

LISTE DES FIGURES

LISTE DES PHOTOS

LISTE DES TABLEAUX

INTRODUCTION GENERALE

PARTIE 1 : SYNTHESES BIBLIOGRAPHIQUES

CHAPITRE 1 : Notion sur les matériaux polymères

CHAPITRE 2 : Familles des plastiques et leurs usages

CHAPITRE 3 : Valorisation des déchets plastiques

CHAPITRE 4 : Matériaux composites

PARTIE 2 : ETUDES EXPERIMENTALES

CHAPITRE 5 : Contexte de l’étude et justification des choix des matériaux utilisés

CHAPITRE 6 : Prétraitement des déchets et mise en œuvre

CHAPITRE 7 : Etude et discussion sur les résultats obtenus

CONCLUSION GENERALE

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUES

ANNEXES

TABLE DES MATIERES

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES

% : pourcent

°C : Degré Celsius

µm : micromètre

ABS : Acrylonitrile Butadiène Styrène

ADN : Acide Désoxyribonucléique

Atm : Atmosphère

CD : Compact Disc

DMT : Diméthyle téréphtalate

DVD : Digital Versatile Disc

EN : Norme Européen

HAP : Hydrocarbure Aromatique Polycyclique

INSTAT : Institue Nationale de la Statistique

Kg : Kilogramme

MEG : Mono éthylène Glycol

mm : millimètre

NBN : Bureau de normalisation

PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur

PEEK : Polyéther-éther-cétone

PSE : polystyrène expansé

PEBD : polyéthylène basse densité

PEHD : polyéthylène haute densité

TPA : Acide téréphtalique

UV : Ultra-Violet

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 : Transformations ou mises en forme des matériaux plastiques ............................... a1

Annexe 2 : Extrait de loi sur la procédure de gestion de déchets .............................................. a3

Annexe 3 : Normes et classification Camerounaises sur les caractéristiques des éprouvettes

................................................................................................................................................... a5

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Schéma du principe de raffinage ............................................................................... 4

Figure 2 : Polymère .................................................................................................................... 6

Figure 3 : Un monomère ............................................................................................................ 9

Figure 4 : Polymérisation du styrène ........................................................................................ 11

Figure 5 : Représentation d'une chaine de polymère linéaire ................................................... 13

Figure 6 : Polymère .................................................................................................................. 13

Figure 7 : Polymère réticulé avec ponts disulfure reliant deux chaînes ................................... 13

Figure 8 : Représentation schématique d’un polymère semi-cristallisé ................................... 13

Figure 9 : Cycle de recyclage des matériaux plastiques ........................................................... 20

Figure 10 : Réaction de glycolyse du PET ............................................................................... 25

Figure 11 : Réaction de méthanolyse du PET .......................................................................... 25

Figure 12 : Résumé des différentes modes de valorisation des déchets plastiques .................. 26

Figure 13 : Classification des matériaux .................................................................................. 27

Figure 14 : Types de matrices .................................................................................................. 30

Figure 15 : Différents types de renfort ..................................................................................... 31

Figure 16 : Moulage au contact ................................................................................................ 32

Figure 17 : Moulage par projection .......................................................................................... 32

Figure 18 : Moulage par injection à basse pression de résine .................................................. 33

Figure 19 : Moulage à pression à froid à basse pression .......................................................... 33

Figure 20 : Diagramme de la cuisson ....................................................................................... 41

Figure 21 : Variation de la température pour le refroidissement de la brique ......................... 41

Figure 22 : Diagramme sur la résistance à la compression à sec des mélanges ....................... 42

Figure 23 : Diagramme sur la résistance à la compression humide des mélanges ................... 43

Figure 24 : Histogramme sur la porosité des matériaux ........................................................... 45

LISTE DES PHOTOS

Photos 1 : Unité de soufflage ou forge ..................................................................................... 36

Photos 2 : Presse de compactage .............................................................................................. 37

Photos 3 : Machine d’essai universelle Wolpest Testwell ....................................................... 37

Photos 4 : Tri, broyage, chauffage ........................................................................................... 38

Photos 5 : Moulage et compactage ........................................................................................... 38

Photos 6 : Matériaux obtenus à partie des déchets plastiques .................................................. 39

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Caractéristiques des hydrocarbures ......................................................................... 5

Tableau 2 : Polymères usuels et courants ................................................................................... 8

Tableau 3 : Famille des thermoplastiques et leurs usages ........................................................ 16

Tableau 4 : Usages des polymères thermodurcissables ........................................................... 17

Tableau 5: Quelques élastomères et leurs utilisations .............................................................. 18

Tableau 6: Marquage industriel et signification des matières plastiques ................................. 22

Tableau 7 : Composition des matériaux composites usuels ..................................................... 29

Tableau 8 : Principales différences entre matrice thermoplastique et thermodurcissable ....... 30

Tableau 9 : Caractéristiques du PET et PEHD ......................................................................... 35

Tableau 10 : Divers essais et leurs états ................................................................................... 40

Tableau 11 : Résistance à la compression à sec des essais ...................................................... 42

Tableau 12 : Résistance à la compression humide des essais .................................................. 43

Tableau 13 : Test de porosité des échantillons ......................................................................... 44

Actuellement, les matières plastiques ont envahi nos quotidiens : dans les

emballages, les textiles, les appareils électroménagers, en médecine et dans l’industrie

automobile. Ce succès résulte de leur faible coût de production, de l’amélioration de leur

propriété et mise en forme, mais surtout de leur durabilité par rapport aux autres matériaux.

Malgré ses atouts, l’augmentation de la consommation de ces matières s’accompagne d’une

augmentation des déchets qu’ils engendrent. Après usage, le produit est jeté par les

consommateurs et malheureusement connait plusieurs destins. Abandonnés dans la nature, ils

s’accrochent aux arbres, enlaidissent le paysage, bouchent les canaux d’évacuations des eaux

usées…Et parfois, ils sont incinérés ou même mises en décharge et ne subissent aucun

contrôle.

Pour seulement le cas de la ville d’Antananarivo, elle représente plus de 320000

tonnes de déchets ménagers par an, soit, 870 tonnes de déchets par jour (selon l’INSTAT,

2016). Une quantité qui s’avère plutôt lourde, étant donné que la plupart de ces déchets sont

des plastiques ne se dégradant qu’après plusieurs années, voir plus de 400 ans. La contribution

de l’Etat, que ce soit pour la réduction des déchets solides mais aussi pour la réduction de

l’émission des gaz toxiques dans l’atmosphère est largement insuffisante. Même en appliquant

le principe du « Pollueur payant » à travers lequel les pays les plus polluants devront payer

des taxes pour compenser leurs émissions de gaz à effet de serre, l’environnement cours

toujours le risque d’une énorme dégradation et c’est également le cas pour la santé publique.

Tous ces faits cités précédemment nous ont poussés à effectuer cette recherche

qui s’intitule : « Contribution à la valorisation des déchets plastiques pour la production des

matériaux composites ». Le présent ouvrage comprend deux grandes parties articulées en

plusieurs chapitres :

La première partie représente les recherches bibliographiques concernant, en premier

lieu, la notion sur les matériaux polymères, puis la famille des plastiques et leurs usages

respectifs, suivie de la valorisation des déchets engendrés par ces matériaux et finalement tous

sur les matériaux composites.

La deuxième partie est consacrée aux études expérimentales : de la fabrication de ces

matériaux composites en utilisant les déchets plastiques comme liant jusqu’ à l’interprétation

des résultats obtenus.

INTRODUCTION

PREMIERE PARTIE

ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES

Chapitre 1 Notion sur les matériaux polymères

1.1 Matière première : Le pétrole

1.1.1 Généralités

Tous matériaux plastiques, dans la plupart des cas, sont dérivés du pétrole. Le pétrole

étant un liquide composé principalement de molécules d'hydrocarbures (formées uniquement de

carbone et d'hydrogène) et une proportion assez variable des molécules lourdes plus complexes

(incluant de l'oxygène, de l'azote et du soufre). Il ne peut pas être utilisé directement à l’état brut

mais doit être raffiné (purifié) et transformé dans une raffinerie.

1.1.2 Distillation du brut

Première étape du raffinage, la distillation permet de séparer les différentes fractions

d’hydrocarbures contenues dans le pétrole brut. On ne cherche pas à obtenir des produits purs,

mais plutôt des « coupes », c’est-à-dire des mélanges plus simples réunissant des hydrocarbures

dont le nombre d’atomes de carbone est proche.

Cette distillation se fait en deux étapes :

La distillation atmosphérique

La distillation sous vide

Le pétrole est d’abord chauffé dans la colonne de distillation atmosphérique. Grâce à la différence

de température d’ébullition des composants, la vaporisation des fractions plus ou moins légères

conduit à une distillation fractionnée. Sur toute la hauteur de la tour, on recueille à différents

niveaux une dizaine de produits plus ou moins lourds, depuis les bitumes jusqu’aux gaz.

Après cette première distillation, la partie résiduelle est envoyée dans une autre colonne,

pour subir la distillation sous vide. On y fait la séparation sous un vide relatif (c'est-à-dire à très

basse pression), ce qui permet d'abaisser la température d'ébullition plutôt que de chauffer à plus

haute température. [10]

1.1.3 Craquage catalytique

C’est un processus dans lequel les alcynes à longues chaines se brisent lorsqu’ils sont portés à

500°C environ en présence d’un catalyseur platine molybdène.

1.1.4 Reformage catalytique

C’est un processus dans lequel les composés naphténiques dont le cyclohexane, sont

déshydrogénés à 550°C sous haute pression en présence de catalyseur à base de platine

1.1.5 Hydrocraquage

C’est un craquage qui se fait sous pression d’hydrogène, l’hydrogène augmente l’activité

catalytique et permet de travailler à plus basse température. L’hydrocraquage n’est pas profitable

à la production de matière première pétrochimique à cause de l’hydrogène qui diminue la

production d’oléfine. [2]

1.1.6 Viscoréduction

Ce procédé a pour but de transformer en partie les produits lourds en produits légers, réduire la

viscosité du résidu. Les divers procédés de vis_breaking opèrent en phase liquide entre 450°C et

500°C sous une pression comprise entre 5 et 20 Bar. A cette température, il y a craquage des

molécules longues et apparition des oléfiniques.

1.1.7 Vapocraquage

Le pétrole brut est raffiné et donne différentes fractions après distillation. La fraction

d’essences légères, appelée naphte ou naphta, est isolée pour être ensuite « craquée » (distillée) à

la vapeur.

Le vapocraquage est donc le procédé de base pour la pétrochimie car il représente la source

de production d’éthylène, de propylène, de butadiène et d’autres intermédiaires pétrochimiques de

première génération tel que les aromatiques. C’est un procédé thermique qui consiste à casser les

liaisons C_C ou C_H au sein des molécules d’hydrocarbures conduisant à la formation des

molécules insaturés (oléfines) et de dihydrogène. Les réactions de vapocraquage ont lieu dans des

fours appelés four de pyrolyse avec une température supérieure à 800°C, une pression légèrement

supérieure à 1 atm et une durée de cycle de 20 jours.

Figure 1 : Schéma du principe de raffinage

Tableau 1 : Caractéristiques des hydrocarbures

Hydrocarbures

Types de liaisons

Formule générale

Exemple

Paraffines (alcanes)

Liaisons simples C-C

𝐶𝑛 𝐻2𝑛+2

𝐸𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒: 𝐶2𝐻6

Oléfines (alcènes)

Au moins une liaison

double C=C

𝐶𝑛 𝐻2𝑛

𝑃𝑟𝑜𝑝𝑒𝑛𝑒: 𝐶3𝐻6

Naphtènes

(Cycloalkanes)

Base cyclique à 5 ou

6 C avec des liaisons

simples

𝐶𝑛 𝐻2𝑛

𝐶𝑦𝑐𝑙𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑒: 𝐶5𝐻10

Aromatiques

Base cycle avec

alternance des

liaisons simples et

doubles benzène

Benzène: 𝐶6𝐻6

Source : Jean Noel Bertrand. Dossier pédagogique réalisé dans le cadre du programme de

conférence "les jeunes, la chimie et les sciences de la vie. [10]

1.2 Polymères

Le mot polymère vient du grec « polus » plusieurs, et « meros » partie [W1]. Il désigne une

substance organique ou inorganique, liquide ou solide à température ambiante. Les polymères ou

aussi appelé sous le terme de macromolécules sont de grandes molécules constituées d’unités

fondamentales appelées monomères (ou motifs monomères) reliées par des liaisons covalentes.

[4] [16]

Ce sont des matériaux composés de très longues chaînes qui sont principalement constitués

d’atome de carbone sur lesquels sont fixés des éléments comme l’hydrogène ou l’oxygène, et

d’autres éléments, comme le chlore, l’azote ou le fluor.

Dans la macromolécule suivante …A-A-A-A-A-A-A..... = [-A-]n l’unité constitutive est A ; elle

est formée d’un groupe d’atomes qui se répète. A l’échelle moléculaire, quelques centaines de nm,

la plupart des macromolécules se présentent sous forme de « fils long et souples ». Les réactions

chimiques permettant de passer d’un monomère A à la macromolécule [-A-] n s’appellent

polymérisation, [W1] [19]

Figure 2 : Polymère

1.2.1 Nomenclature des matériaux plastiques

1.2.1.1 Homopolymères

Un homopolymère est un polymère qui comporte des motifs monomères tous identiques. [16]

[-A-] n, n unités constitutives liées entre elles par des liaisons covalentes. .... A-A-A-A-A.....

A titre d’exemple, le PVC (CH2-CHCl) n peut donner lieu à des enchaînements réguliers (tête à

queue) ou irréguliers (tête à tête ou queue à queue)

« Tête à queue » : ...CH2-CHCl-CH2-CHCl...

« Queue à queue » : ...CH2-CHCl-CHCl-CH2...

1.2.1.2 Copolymères

Les polymères sont constitués de deux (ou plus) unités constitutives nommées A, B, C

etc....Un copolymère est un polymère qui comporte des motifs monomères de deux ou plus

sortes différentes. [16] [W1] Cela donne une très grande variété de structures :

Le copolymère alterné : alternance entre les séquences A et B

-A-B-A-B-A-B-

Le copolymère à blocs : comporte des séquences plus ou moins longues d’A et B

Diablo: -A-A-A-B-B-B-

Tribloc: -A-A-A-B-B-B-A-A-A-

Le copolymère statistique : les séquences A et B sont « au hasard » (aléatoires). Ils se

répartissent en suivant une statique

A-A-B-A-B-A-B-B-B-A-A-A-

Le copolymère greffé : fixation latérale de blocs B sur une chaîne principale formée de

chaînons A ou l’inverse.

-A-A-B-A-B-

Tableau 2 : Polymères usuels et courants

Structure de l’unité

monomère Désignation courante Sigle

Polyéthylène PE

Polypropylène PP

poly (téréphtalate d’éthylène) PET

Polyformaldéhyde POM

Polyisobutène PIB

Polystyrène PS

Polytétrafluoroéthylène PTFE

Poly(chlorure de vinyle) PVC

Sources : Gnanou Yves, Michel Fontanille. Chimie et physico chimie des polymères. 3ème édition.

DUNOD l’usine nouvelle. Paris, 2013 [7]

1.2.2 Monomères

Constitué de molécules simples, un monomère constitue l’unité de base des polymères. C’est donc

une substance organique utilisée dans la synthèse des polymères par réaction de polymérisation. [4]

Contrairement au polymère, un monomère a une faible masse moléculaire. [16]

Figure 3 : Un monomère

1.2.3 Polymérisation

La polymérisation est le fait de lier des simples molécules ensemble pour former des plus

grandes. C’est donc une réaction qui, à partir des monomères, forme en les liants des composés de

masse moléculaire plus élevée, les polymères ou macromolécules. Les noyaux des monomères sont

le plus souvent constitués d’un atome de carbone (molécules organiques) ou d’un atome de silicium

(polymères siliconés). [16] [19]

Deux mécanismes entièrement différents sont utilisés pour la synthèse des polymères lors de la

polymérisation : la polymérisation par étape et la polymérisation en chaine.

1.2.3.1. Polymérisation par étape

La polymérisation par étape où la croissance des macromolécules est le résultat de réactions

chimiques classiques entre les groupements fonctionnels réactifs des monomères.

On assiste à une réaction de polycondensation avec libération d’un sous-produit de la réaction : les

fonctions chimiques des monomères interagissent entre elles, toutes en même temps et s’assemblent

en dégageant de petites molécules à chaque étape comme une molécule d’eau. [16] [8]

1.2.3.2. Polymérisation en chaîne

C’est dans ce type de polymérisation où les monomères réagissent sans perte de molécules. Les

monomères se soudent les uns aux autres de façon consécutive (un à un) sans élimination de résidus.

La polymérisation en chaine entraîne la formation des macromolécules pouvant se ramifier. La chaîne

ne peut croître que par réaction d’un monomère avec la fonction chimique réactive située à l’extrémité

Monomère

de la chaîne en croissance. Cette réaction résulte donc de la formation d’un centre actif A* qui fixe

de façon successive de nombreuses molécules de monomère : A* + M à AM* puis AM* + nM à

AM*n+1. Le polymère obtenu présente un degré de polymérisation n+1.

Les réactions en chaîne se font en 3 étapes :

L’initiation (ou amorçage) : désigne la formation d’un centre actif sur une molécule de

monomère M [W1]. Elle se produit en 2 temps :

Formation d’un radical libre

Addition du radical libre sur une mole de monomère M ; elle porte alors un centre

actif.

Exemple : Représentation schématique de la polymérisation radicalaire d’un copolymère d’acide

acrylique (billes oranges) et méthacrylique (billes jaunes) [16]

La propagation (ou croissance) : Il s’agit de l’étape où se répète un grand nombre d’additions

successives de molécules monomères M, sur le centre actif formé.

La terminaison : A ce stade la croissance de la chaîne de polymère s’arrête. Il y a disparition

du centre actif

1.2.4 Degré de polymérisation :

C’est le nombre total de monomères contenus dans une macromolécule. [19] Il a pour formule

1.3 Origine des polymères

Les matériaux polymères peuvent être classés en trois catégories : les polymères naturels, les

polymères artificiels, les polymères synthétiques. [16]

1.3.1 Polymères naturels

Les polymères peuvent être d’origine naturelle, c’est-à-dire : issus des règnes animaux ou

végétaux. On peut cependant mentionner, dans cette catégorie : la famille des polysaccharides

(cellulose, amidon…), celle des protéines (laine, soie…), le caoutchouc naturel, le glycogène,

l’ADN, etc…

1.3.2 Polymères artificiels :

Les polymères artificiels sont obtenus par modification chimique de polymères naturels, de

façon à transformer certaines de leurs propriétés. [7]

A titre d’exemple les esters cellulosiques (nitrocellulose, acétate de cellulose…) ont toujours

connu une certaine importance économique.

1.3.3 Polymères synthétiques :

Totalement issus du génie de l’Homme, les polymères synthétiques sont issus de la chimie

macromoléculaire, et donc, obtenus par polymérisation de molécules monomères.

Polymère Monomère

𝑛 =𝑀

𝑀𝑜

Avec :

n : degré de polymérisation

M : masse molaire du polymère

Mo : masse molaire du monomère

Figure 4 : Polymérisation du styrène

Les macromolécules synthétiques sont représentées par exemple par : le polyéthylène, le

polypropylène, le polystyrène, le PVC, les polyesters, les polycarbonates, etc...

1.4 Structure des polymères

Les polymères peuvent se présenter par des architectures extrêmement variables. Ils peuvent être

linéaires, ramifiés ou réticulés. Le plus souvent, ils sont amorphes, parfois au moins partiellement,

cristallisés. [22]

1.4.1 Polymères linéaires

Les polymères linéaires sont constitués de grandes chaînes de monomères reliés entre eux

par des liaisons covalentes ou par des liaisons secondaires qui assurent la stabilité du polymère.

L’existence de ces liaisons rend le matériau rigide en présentant également un comportement de

solide. En cas d’élévation de température, l’agitation moléculaire qui en résulte va rompre

progressivement ces liaisons secondaires. Le matériau va pouvoir s’écouler sous son propre poids.

Il présente alors le comportement d’un liquide visqueux.

1.4.2 Polymère ramifié

Des chaînes homopolymériques ou copolymériques peuvent se greffer sur d’autres chaînes

au cours de la polymérisation. Au-dessus de la température de transition vitreuse, ces matériaux

présenteront un comportement visqueux plus marqué que les polymères linéaires.

1.4.3 Polymères réticulés

La réticulation correspond à la formation de liaisons chimiques suivant les différentes

directions de l’espace au cours d’une polymérisation, d’une polycondensation ou d’une

polyaddition, et qui conduit à la formation d’un réseau.

1.4.4 Polymères amorphes et polymères cristallisés

Les chaînes macromoléculaires peuvent être organisées de façon aléatoire dans l’espace

et constituées ainsi une phase amorphe. La phase amorphe est, en théorie équivalente à un

liquide « figé », sans ordre moléculaire à grande distance.

Elles peuvent être rangées régulièrement avec la constitution d’un ordre responsable

d’une propriété caractéristique de l’état cristallin : l’aptitude du matériau à diffracter les rayons

X selon des angles définis. Dans un polymère, les deux états ordonnés et désordonnés peuvent

exister dans un même matériau qui est alors de nature semi-cristalline.

Figure 5: Représentation d'une chaine de

polymère linéaire

Figure 6 : Polymère ramifié

Figure 7 : Polymère réticulé avec ponts

disulfure reliant deux chaînes

Figure 8 : Représentation schématique d’un

polymère semi-cristallisé

Chapitre 2 Familles des plastiques et leurs usages

2.1 Plastiques

Ce sont des polymères produits par modification de substances naturelles ou par synthèse directe

à partir de substances extraites du pétrole, du gaz naturel ou du charbon (ressources fossiles). [4]

2.1.1 Résine

« Résine, du latin résina, est une substance pâteuse ou solide qu’on obtient à partir d’une sécrétion

organique de certaines plantes. » (Résine naturelle)

« Elle est également utilisée pour designer la substance synthétique, fabriquée par l’homme, ayant

des propriétés similaires aux résines végétales » (résine synthétique) [W10]

2.1.2 Adjuvants

De nombreux additifs entrent dans la composition finale des matières plastiques pour améliorer

ou adapter plus finement leurs propriétés à leur utilisation. [2]

Ces adjuvants sont de plusieurs types avec des rôles spécifiques, fonctions de la quantité

incorporée :

Les charges, améliorent la rigidité et l’adhésivité des matières plastiques mais agissent

également sur leur résistance chimique, leur isolation électrique et thermique.

Les plastifiants utilisés pour abaisser la rigidité des matières plastiques.

Les stabilisants empêchent la dégradation des polymères lors de leur transformation en les

stabilisants contre les effets de la température, de l’oxygène et du rayonnement UV.

Les lubrifiants facilitent la mise en œuvre des polymères et réduisent leur adhérence aux

parois des machines de transformation.

Les colorants et pigments permettent de donner une couleur particulière aux matières

plastiques qui sont en général incolores à l’état pur,

Matière plastique = résine de base + adjuvants + additifs

Les retardateurs de flammes ou ignifugeants permettent aux matières plastiques de mieux

résister au feu

Les agents antistatiques : permettent de réduire le dépôt de poussière sur les produits finis.

2.1.3 Additifs

« Substance chimique souvent liquide ou en poudre, qui est en général introduite avant ou pendant

la mise en forme du matériau, pour apporter ou améliorer une (ou plusieurs) propriété(s)

spécifique(s) »

Remarque(s) :

Les plastiques sont des matériaux déformables : ils peuvent être moulés ou modelés

facilement, en général à chaud et sous pression. Leur facilité de mise en forme, résistance aux

chocs, aux variations de température, à l’humidité, aux détergents, les rendent utiles dans tous les

domaines : emballage, bâtiment, automobile, électricité, etc…

2.2 Famille des plastiques et leurs usages

Il existe un grand nombre de plastiques aux propriétés différentes, on les classe en trois grandes

catégories : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.

2.2.1 Thermoplastiques

Les polymères composés de chaînes macromoléculaires linéaires ou ramifiés avec des

molécules constituées par des longues chaînes (reliées par des liaisons faibles) sont désignés sous

le terme thermoplastique. [2]

Sous l’effet de la chaleur, les thermoplastiques deviennent souples et à l'état ramolli, il pourra être

mis en forme par injection, extrusion ou formage dans un moule.

La transformation est réversible et renouvelable un grand nombre de fois Cette propriété permet

de les recycler sous forme de matières premières. Cependant ils ne sont pas biodégradables et ont

une « durée de vie » de plusieurs centaines d’années

Tableau 3 : Famille des thermoplastiques et leurs usages

Noms Usages

Polyéthylène (PE)

Emballages plastiques et dans les domaines les plus divers.

produits souples : sacs, films, sachets, bidons, récipients et bouteilles

souples objets rigides : bouteilles, flacons, bacs poubelles, tuyaux,

jouets, ustensiles ménagers,…

Polypropylène (PP)

Equipements automobiles : pare-chocs, tableaux de bords, mobilier de

jardin

Fibres synthétiques (tapis, moquettes, cordes, ficelles)

Emballages alimentaires : flacons, films, pots,…

Polystyrène (PS) Usages variés: mobilier, emballages, jouets, verres plastiques, pots

de yaourt,... nombreux types de boîtes, boîtiers CD…

Polycarbonate (PC)

Casques motos, bouclier de police, CD et DVD, Phares, feux arrière,

clignotant des voitures

Vitrage des guichets a épreuve de balles

Fabrication de matériel médical et de prothèse

Polyesters et polyéthylène

téréphtalate (PE) et (PET)

fabrication de fils textiles, de films et de bouteilles d’eau et de boisson

gazeuse.

Polychlorure de vinyle (PVC)

Dans l’industrie de l'ameublement, bâtiment, le génie civil et dans

l’alimentaire : pots de margarine, blisters, bouteilles d’eau, emballage

alimentaire …

PVC rigide : utilisé pour les Tuyaux de canalisation.

PVC souple: recouvre certains manches de pince…

Polyamides (PA)

Pièces moulées dans l'appareillage ménager et automobile, tapis et

moquette, pièces de robinetterie, de serrurerie, engrenages, … Textiles

(lingerie et voilages)…

Source : Dossier Enseignant. "VOYAGE EN INDUSTRIE" CAP SCIENCES 2006 [W9]

Remarque :

Les sacs plastiques en PEHD se froissent facilement sous la main, avec un bruit

craquant et reviennent spontanément à sa forme d'origine, les sacs en PEBD se froissent sans

bruit et se percent facilement et ont un toucher plus « soyeux ».

2.2.2 Thermodurcissable

Les thermodurcissables sont des matières plastiques infusibles qui ne peuvent être

recyclées sous forme de matières premières. Les molécules de ces polymères consistent en de

longues chaînes reliées par un grand nombre de liaisons fortes, ne pouvant pas être rompues

sous l’effet de la chaleur. [4]

Ces plastiques prennent une forme définitive au premier refroidissement : ils deviennent

durs et ne se ramollissent plus une fois moulés. La technique de fabrication est difficile à mettre

en œuvre mais elle produit des matériaux très solides et très résistants aux agressions chimiques

et à la chaleur.

Tableau 4 : Usages des polymères thermodurcissables

Noms Usages

Polyuréthanes PUR

Mousses souples ou rigides, matelas, sièges de voiture, tableaux de

bord, roues de patins à roulettes, chaussures de ski…

polyesters insaturés

Pièces plastiques renforcées par coulée : pales d’éoliennes, coques et

cabines de bateaux, piscines, carrosseries d'automobiles,…Textiles

(Dacron, Tergal, Térylène…)

Phénoplastes PF

Téléphones, postes de radio, pour fabriquer les poignées de

casserole,

de fer à repasser et des plaques de revêtement.

Aminoplastes MF

mobilier de cuisine, plans de travail, liants (adhésifs), moulage en

stratifiés décoratifs de revêtements, pièces moulées d’ustensiles de

cuisine (plateaux...), matériel électrique, vernis de parquets

(vitrification), apprêts pour rendre les tissus indéfroissables ou

plastifiés, peintures, etc.

Source : Dossier Enseignant. "VOYAGE EN INDUSTRIE" CAP SCIENCES 2006 [W9]

2.2.3 Elastomère

Les élastomères sont caractérisés par leur grande déformabilité (6 à 8 fois leur longueur

initiale). Les élastomères sont élastiques : ils se déforment et tendent à reprendre leur forme

initiale et supportent de très grandes déformations avant rupture.

Ils sont obtenus à partir des polymères linéaires caractérisés par des liaisons extrêmement

faibles. Ces polymères sont donc des liquides très visqueux. Pour être utilisés comme

caoutchouc, des liaisons pontales (nœuds de réticulation) doivent être introduites entre les

chaînes, conférant ainsi aux matériaux une structure tridimensionnelle qui assure la réversibilité

de la déformation mécanique. Les nœuds de réticulation sont introduits par une réaction

chimique appelée vulcanisation après la mise en forme du matériau. Les élastomères présentent

des caractéristiques bien spécifiques : grande élasticité, bonne étanchéité, fort pouvoir

amortissant [2].

Dans cette catégorie se trouvent les polymères suivants :

− le polyisoprène : NR (caoutchouc naturel) ; le polychloroprène (Néoprène) ; le

polyisoprène de synthèse ; les polysiloxanes (silicones)

Tableau 5 : Quelques élastomères et leurs utilisations

Elastomère Nature Usage

Polyisoprène Naturel Pneu d’engin et d’avion

Copolymère butadiène

Artificiel

Pneumatique des voitures

tourismes

Polychloropène

Artificiel

Caoutchouc résistant au pétrole

utilisé pour des joints d’étanchéités

tuyau des carburants

Polyisobutène

Artificiel

Chambre à air et pneu tubeless

Source : RASOLONJATOVO Henitsoa Safidy Josephson, Contribution à l’étude de

valorisation des déchets plastiques pour la production de carburant, de solvant et de fuel par

voie thermique, Mémoire de fin d’études 2009 [17]

Chapitre 3 Valorisation des déchets plastiques

3.1 Généralités

La valorisation des déchets en matière plastique est l’ensemble des opérations dont le but

consiste à donner à ces déchets une nouvelle valeur d’usage.

3.1.1 Traitement des déchets

Un déchet est « tout résidu d’un processus de production, de transformation ou

d’utilisation, toute substance, matériau, produit ou plus généralement tout bien, meuble

abandonné ou que son détenteur destine à l’abandon » [W2] [W5]

Les déchets de matières plastiques sont généralement issus des :

Ordures ménagères (bouteilles, flacons, films),

Secteurs industriels (emballages, rebuts des industries du plastique, broyage automobile,

démolition),

Secteurs agricoles (films).

3.1.2 Recyclage

Le recyclage est un procédé par lequel les matériaux qui composent un produit en fin de

vie (généralement des déchets industriels ou ménagers) sont réutilisés en tout ou en partie. Ils

seront donc réintroduits dans le cycle de production dont le produit est issu [4]. Il a pour but de

réduire, mais surtout de résoudre les problèmes de pollutions qui subsistent actuellement. La

plupart des matières plastiques sont recyclables mais cela nécessite des différents traitements

selon le type de plastique récupéré.

3.1.2.1 Procédé de recyclage

Il existe 5 grandes familles de plastiques recyclables : le PVC, le PE, le PS, le PET, le PP

Le processus de recyclage des plastiques peut se dérouler en plusieurs phases.

En général, le processus de recyclage est le même, peu importe le type de résine de plastique

tel que [18] :

3.1.2.1.1. Collecte et tri des déchets

C’est la première étape du traitement de déchets. Elle consiste à trier chaque objet et à

l’acheminer vers un centre de traitement approprié. Il est très important de trier, de classer les

déchets plastiques suivant leur nature chimique et leur origine et de stocker dans un endroit

propre et sec à l’abri de l’humidité. Plus le tri est efficace, plus le produit en sortie est de bonne

qualité [17].

3.1.2.1.2. Lavage et séchage

Le lavage consiste à purifier les déchets plastiques des impuretés qui ont pu les

contaminés. Il est nécessaire de nettoyer les déchets pour assurer la qualité des produits finis. Il

se fait avec l’eau.

Les plastiques déchiquetés sont jetés dans une cuve où l’eau est remuée vigoureusement

pour les secouer. Le mélange : eau et plastique se frottent les uns contre les autres, puis en

détache les impuretés. On laisse reposer : les saletés coulent tandis que le plastique flotte dans

l’eau et n’a plus qu’à être récupéré. Les plastiques lavés sont ensuite séchés rapidement pour

éviter les agglomérats.

3.1.2.1.3. Broyage

Le broyage est un processus sans transfert de matière qui modifie la granulométrie des

matières solides. Les déchets sont alors broyés en paillettes, puis lavés, rincés, essorés, séchés

et tamisés et régénérés pour obtention des granulés ou flocons. Enfin le matériau régénéré sous

forme de granulés ou flocons devient la matière première de la fabrication de nouveau produit.

Figure 9 : Cycle de recyclage des matériaux plastiques

Produits plastiques

Consommation

Collecte, Tri et Stockage

Lavage et Séchage

Broyage et granulation

Matière première régénérée

Remarque :

Il est très souvent nécessaire d’avoir des déchets plastiques triés par type de résine

plastique. Pour des plastiques métallisés, ils sont nettoyés par des solvants comme la

soude (NaOH).

Le séchage peut se faire à l’air libre ou grâce à la chaleur générée par leur exposition au

soleil ou par leur mise en four.

3.1.2.2 Identification des produits recyclables

Le recyclage apporte une contribution importante à la baisse des quantités de déchets à

stocker ou incinérer, mais ce n’est pas tous les types de plastiques qui sont fait pour être

recyclés. En voilà quelques identifications qu’un produit recyclable devrait avoir :

Indique le pourcentage de fibres de récupérations issues du recyclage qui entrent

dans la composition du produit ou de l'emballage.

Indique que l'emballage ou le produit est composé en tout ou partie de matériaux

recyclés. Un pourcentage est indiqué au-dessus de la flèche.

Indique que le produit ou emballage est recyclable. Rien ne garantit cependant que

le produit soit recyclé.

Indique que le produit ou emballage contient des produits recyclés. Au centre du

cercle de Moebius figure un pourcentage qui mentionne la part de produits

recyclés dans le produit. Bien plus concret que le logo précédent.

Composé de plastiques recyclables. Le logo est généralement accompagné d'un

chiffre qui correspond à un type de plastique.

Logo présent notamment sur les canettes de boisson et certains sacs et matériaux

plastique, désignant que le produit est recyclable.

Tableau 6 : marquage industriel et signification des matières plastiques

Marquage 2 chiffres au

centre du triangle Lettres sous le triangle Signification Exemple

01 PET Polyéthylène

Téréphtalate

02 PE-HD Polyéthylène

Haute Densité

03 PVC Polychlorure de vinyle

04 PE-LD ou PEBD ou

Polyéthylène

Basse Densité

05 PP Polypropylène

06 PS Polystyrène

07 O Autre Matière

(y compris mélanges)

Source : http://www.recyclage-plastiques.fr/matieres-plastiques/les-differentes-matieres-plastiques/ 19

fevrier2017 [W5]

3.1.3 Méthode de valorisation des déchets plastiques

Il est possible de valoriser les déchets plastiques et Il existe trois grandes méthodes pour cela

3.1.3.1 Valorisation énergétique

La valorisation énergétique est une opération qui consiste à utiliser les calories contenues

dans les déchets en les brûlant et en récupérant l’énergie ainsi produite (par exemple pour

produire de l’électricité ou chauffer un bâtiment). Elle s'applique à tous les types de plastiques

à l’exception du PVC qui nécessite des traitements particuliers [4] [W7].

L’incinération :

Cette opération se déroule dans une unité d’incinération de déchets de matières plastiques.

Compte tenu du pouvoir calorifique élevé des polymères, le recyclage énergétique est très

efficace pour des déchets plastiques souillés ou non triés qui ne sont donc pas réutilisables.

A titre d’exemple, le pouvoir calorifique inférieur (PCI) du PET est de 33 MJ.kg-1 alors que

celui du charbon est de 29 MJ.kg-1. [1]

Remarque :

En cas de mauvaise maîtrise elle peut présenter des risques majeurs pour

l’environnement et la santé des êtres vivants par l’émission de dioxines et de HAP,

molécules cancérigènes présentes dans les fumées. [20]

Ce type de valorisation conduit cependant à des émissions de gaz et de fumées

contribuant à l’effet de serre.

3.1.3.2 Valorisation matière

La valorisation de la matière est une opération qui consiste à réutiliser les déchets plastiques

avec un minimum de transformation de la matière. Cette technique est utilisée pour le traitement

des déchets thermoplastiques. Elle repose avant tout sur une collecte sélective ou un tri des

déchets plastiques à partir des ordures ménagères [20]. Il est donc alors très important de bien

trier la matière et de la séparer de tous les contaminants et de toutes les pollutions (y compris

les autres matières plastiques) pouvant impacter sa qualité [W5].

3.1.3.3 Valorisation chimique

C’est une opération qui consiste à transformer des déchets de matière plastique en

molécule, produits chimiques de base (polymère, ester...), ou en monomères de matières

plastiques par voie chimique [4] pouvant servir à la synthèse d’une nouvelle matière plastique,

ou pour la pétrochimie. Cette valorisation s’applique aux matériaux thermoplastiques et

thermodurcissables et principalement utilisée pour les PET. [W6]

On casse les polymères par les méthodes chimiques et on obtient :

Soit le monomère initial pouvant à nouveau être polymérisé

Soit un pétrole de synthèse traité en raffinerie

Soit un mélange gazeux qui servira dans la fabrication d’engrais, de colle, …

Ces technologies sont encore peu développées ou limitées à certaines natures de résines

plastiques. Et pourtant, elle est la seule rentable actuellement et concerne les bouteilles et

flacons qui sont compactés après collecte et mis en balle, avant d'être dirigés vers

les unités de recyclage. Elle a lieu par chauffage ou par ajout de réactifs :

3.1.3.3.1. Thermolyse

La thermolyse s’applique aux polymères synthétisés par polymérisation en chaîne.

Comme exemples de thermolyse on peut citer :

La pyrolyse : réaction de décomposition thermique à 500 °C et sous pression réduite ;

L'hydrogénation : réaction avec du dihydrogène à 450 °C et sous une pression

de200 bar ;

La gazéification : réaction d’oxydation partielle en continu sous pression

3.1.3.3.2. Dépolymérisation par solvolyse

Elle est possible grâce à la réversibilité de la transestérification dont l’équilibre est

déplacé dans le sens de la dépolymérisation en excès de produit de la réaction. Ici, on a recours

à l’ajout de réactifs chimiques (le solvant le rôle de réactif) [5]. Différentes classes de solvolyse

peuvent être distingués en fonction de la nature du solvant, comme :

L’eau pour l’hydrolyse,

L’amine pour l’adipolyse,

L’ammoniaque pour l’ammonolyse,

L’éthylène glycol pour la glycolyse,

Le méthanol pour la méthanolyse.

Figure 11 : Réaction de méthanolye du PET

Exemple [21] :

Cas de la solvolyse du polytéréphtalate d'éthylène (PET)

L’acide téréphtalique par hydrolyse en milieu basique (hydroxyde de sodium). Utilisation

de la soude et des surfactants. Cette méthode permet de récupérer le MEG par distillation et le

TPA par acidification.

Elle consiste en une hydrolyse réalisée en température et sous pression amenant la production

de glycol et d'acide téréphtalique de grande pureté. Ces derniers produits peuvent être alors

utilisés pour former une nouvelle génération de PET. Ce procédé est actuellement peu utilisé.

Le téréphtalate de bis(2-hydroxyéthyle) (en) par glycolyse ;

La glycolyse consiste à alcoolyser le PET par un polyol de faible masse molaire (comme

l’éthylène glycol). En présence de catalyseur cette réaction permet d’obtenir des oligomères de

TPA. Cette réaction s'effectue à des températures comprises entre 180 et 280 °C, en présence

d'un excès de polyol et d'un catalyseur de transestérification.

Figure 10 : Réaction de glycolyse du PET

Le téréphtalate de diméthyle (en) par méthanolyse.

Équivalente à l’hydrolyse, ce procédé provoque la dépolymérisation du PET par réaction

de méthanol gazeux sur les chaînes macromoléculaires en présence d'un catalyseur à 185 °C.

Une fois les purifications effectuées, il est possible de récupérer le DMT et le MEG. Cette

méthode possède l’avantage de ne pas être sensible à la présence d’impuretés.

Remarque :

Issus des différents types de valorisation cités ci-dessus, il existe aussi une valorisation

biologique qui a lieu à partir de plastiques biodégradables. Pour que la dégradation soit

complète, le polymère doit être introduit dans un compost qui lui apporte la bonne quantité de

dioxygène et d’humidité. Cette dégradation peut avoir lieu aussi par photolyse. On parle alors

de photodégradation.

Monomères Polymères Plastique Utilisations

Réutilisations

Valorisation matière

Valorisation énergétique

Décharge

Energie Valorisation chimique

Figure 12 : Résumé des différentes modes de valorisation des déchets plastiques

Chapitre 4 Les matériaux composites

4.1 Généralités

4.1.1 Les matériaux

Les matériaux sont de la matière travaillée par l'homme pour fabriquer des objets [9]. Dans le

secteur de la construction, la gamme des matériaux utilisés est relativement vaste.

Les matériaux sont classifiés en quatre grandes catégories :

Les métaux métalliques : matériaux durs, rigides et déformable plastiquement.

Les matériaux organiques ou polymères organiques : matériaux constitués de

molécules formant de chaine longue de carbone, facile à mettre en forme, supportent

rarement les températures élevées, presque des isolants thermiques et électriques,

d’origine animale, végétale ou synthétique.

Les matériaux minéraux ou céramiques : matériaux inorganiques caractérisés par leur

résistance mécanique et thermique. Ce sont des roches, des céramiques ou des verres.

Les matériaux composites : ce sont des assemblages d’au moins deux des trois types

de matériaux déjà cités, non miscible. [W10]

Figure 13 : Classification des matériaux

4.1.2 Propriétés des matériaux

Les matériaux utilisés dans la construction d'ouvrages (ponts, viaduc, barrage,) ou dans la

construction d'habitats (maison, immeuble, collège, …) ont tous des propriétés qui les

caractérisent et qui permettront de les différencier. Le processus d'élaboration procure au

matériau une certaine microstructure qui à son tour détermine ses propriétés chimiques,

physiques, mécaniques, électriques, thermiques [9].

La plupart des matériaux sont conçus pour supporter un chargement à température ambiante en

n'accusant que de faibles déformations. C’est la raison pour laquelle on va surtout insister sur

la résistance à la compression des matériaux, ainsi que sa porosité et tendance à l’absorption de

l’eau

4.1.2.1 Résistance à la compression d’un matériau de construction

Les matériaux de construction subissent les effets du poids qu’ils supportent et en

particulier de leur propre poids. Le poids tend à écraser et à compresser les matériaux. La qualité

première des matériaux de construction est donc de résister à cette pression sans se déformer.

On peut déterminer deux différentes types de résistance à la compression, dont :

La résistance à sec : nous écrasons l’échantillon de forme géométrique bien défini

(cubique, parallélépipédique,).

La résistance humide : nous ébarbons l’échantillon dans l’eau dans les conditions

normales de la température et pression (CNTP) et puis procédons à l’écrasement.

Cette résistance à la compression est déterminée comme suit :

4.1.2.2 Porosité et absorption de l’eau

La porosité est la propriété d’un matériau qui contient des pores ou cavités de petite taille

et pouvant contenir des fluides (liquide ou gaz). Lorsque la structure poreuse est ouverte, elle

permet le passage de l’air, la progression de la vapeur d’eau ou bien l’absorption d’eau.

Elle est déterminée par la formule suivante

Nous avons cité ci-dessus les différentes classifications des matériaux, mais pour notre étude,

nous allons plutôt nous intéressés sur les matériaux composites.

Rc= résistance à la compression à sec MPa (1MPa= 106Pa)

F= force de compression en N

S= section de l’éprouvette en m2 (S= L x l)

⌽=Ph−Ps

Psx 100 Avec : ⌽= porosité Ph= masse du matériau trompé dans l’eau

Ps= masse du matériau à sec

Avec :

4.2 Matériaux composites

Les matériaux composites sont des matériaux hétérogènes composés au minimum d’un

renfort et d’une matrice (résine le plus souvent) qui sert de liant et donne sa forme au matériau

[3]. Le matériau obtenu possède des propriétés nouvelles que ses constituants n’ont pas quand

ils ne sont pas associés. Lorsque le matériau composite est non endommagé, les renforts et la

matrice sont parfaitement liés et il ne peut pas y avoir ni glissement ni séparation entre les

différentes phases [3].

Il dispose d’atouts importants et apporte de nombreux avantages fonctionnels par rapport

aux matériaux traditionnels grâce à :

Sa légèreté et liberté de formes, sa grande résistance à la fatigue, sa maintenance

réduite, son faible vieillissement sous l’action de l’humidité, de la chaleur, de la

corrosion (sauf alu carbone)

Son insensibilité aux produits chimique sauf les décapants de peinture qui

attaquent les résines

Et finalement sa bonne isolation électrique. [W10]

Tableau 7 : Composition des matériaux composites usuels

Matériaux Matrices Charges Liants Renforts Adjuvants

Béton Ciments Sable Eau Fer ronds

Fibre Stabilisant

Composites

polymères Polymères

Gravillon -

Fibres de verre,

végétales, textiles

Ignifugeant

Stabilisant

Argileux Argiles Sable

Balle de riz Eau - Stabilisant

Goudron pour

route Gravillons Sable Bitume - -

Source : RASOLONJATOVO Tellie Mbola Sitraka, Contribution à la valorisation des déchets

plastiques par la fabrication des tuiles, Mémoire de fin d’études 2011 [18]

4.3 Constituant des matériaux composites

4.3.1 Matrice

C’est un liant qui assure la cohésion de la structure et transmet les efforts mécaniques au

renfort. Elle permet de donner la forme souhaitée au produit final et protège les renforts de

l’environnement extérieur. Pour les matériaux composites, la matrice est souvent une résine

polymère. [11] Les matériaux composites thermodurcissables ou thermoplastiques sont à base

d’une matrice organique. Tandis que les matériaux composites céramiques sont à base de

matrice minérale.

4.3.1.1 Résines thermodurcissables

Les résines thermodurcissables ont des propriétés mécaniques élevées. Ces résines ne

peuvent être mises en forme qu’une seule fois. Elles sont en solution sous forme de polymère

non réticulé en suspension dans des solvants. Les résines polyesters insaturées, les résines de

condensation (phénoliques, aminoplastes, furaniques) et les résines époxy sont des résines

thermodurcissables [11].

4.3.1.2 Résines thermoplastiques

Les résines thermoplastiques ont des propriétés mécaniques faibles. Ces résines sont

solides et nécessitent une transformation à très haute température. Les polychlorures de vinyle

(PVC), les polyéthylènes, polypropylène, polystyrène, polycarbonate polyamide sont quelques

exemples de ces résines thermoplastiques [11].

Tableau 8 : Principales différences entre matrice thermoplastique et thermodurcissable

Source : Glossaire des matériaux composites CARMA Actualisation Octobre 2006

Figure 14 : Types de matrices

4.3.2 Additifs

Des produits peuvent être incorporés à la résine pour renforcer les propriétés mécaniques

(charges renforçantes, ex : charges sphériques creuses 5 à 150 µm). Des charges non

renforçantes peuvent être également utilisées pour diminuer le coût des matrices en résine.

Des additifs ou autres agents de liaison sont ajoutés en fonction des propriétés recherchées

pour le matériau (résistance aux UV, ininflammabilité, conductivité, couleur, etc.). Les

propriétés mécaniques du matériau obtenu par cette association sont bien différentes des

propriétés de chaque constituant pris séparément.

4.3.3 Renforts

Les renforts assurent les propriétés mécaniques du matériau composite et un grand

nombre de fibres sont disponibles sur le marché en fonction des coûts de revient recherchés

pour la structure réalisée. Le renfort est constitué de fibres (verre, carbone, aramide,) plus ou

moins longues, continues ou non, orientées ou non, sous forme de nappe ou tissées entre elles

(tissage bidimensionnel ou tridimensionnel). [11]

Figure 15 : Les différents types de renfort

4.4 Technologies de mise en œuvre des matériaux composites

4.4.1 Moulage au contact

Le principe consiste à disposer dans un moule les renforts (sous forme de mat ou de tissu)

imprégnés manuellement d'une matrice thermodurcissable.

Les pièces de formes quelconques peuvent être réalisées avec une cadence très faible.

Figure 16 : Moulage au contact

4.4.2 Moulage par projection simultanée

Le moulage est effectué par projection simultanée de fibres coupées et résine catalysée

sur un moule. C’est également un procédé manuel ou robotisé permettant la réalisation de pièces

à partir de résines, encore à l’état liquide, thermodurcissables et à température ambiante sans

pression. Les matières premières sont mises en œuvre à l’aide d’une machine dite « de

projection ».

Figure 17 : Moulage par projection

4.4.3 Moulage par injection basse pression de résine

Le procédé de moulage par injection de résine liquide RTM (Resin Transfer Moulding)

s’effectue entre moule et contre-moule, les deux rigides. Le renfort est disposé dans l'entrefer

du moule. Une fois celui-ci soit solidement fermé, la résine, accélérée et catalysée, sous injectée

sous faible pression (1.5 à 4.5 bars) et ce, à travers le renfort jusqu’à un remplissage complet

de l’empreinte adéquat. Par la suite, le durcissement de la résine, le moule est ouvert et la

pièce devrait démoulée.

Figure 18 : Moulage par injection basse pression de résine

4.4.4 Moulage à la presse à froid "voie humide" basse pression

C’est un procédé de moulage à l’aide d’une presse à compression entre moule et contre moule

rigides en composite, initialement sans apport thermique extérieur. Moule ouvert, le renfort est

posé sur la partie inférieure du moule et la résine, dotée d’un système catalytique très réactif,

est versé en vrac sur le renfort. La fermeture du moule sous pression (2 à 4 bars) entraîne la

répartition de la résine dans l’empreinte et l’imprégnation du renfort. Le durcissement de la

résine est accéléré progressivement par l'élévation de température du moule due à l’exotherme

de la réaction, ce qui permet un démoulage rapide.

Figure 19 : Moulage à la presse à froid à basse pression

DEUXIEME PARTIE

ETUDES EXPERIMENTALES

Chapitre 5 Objectif de l’étude et justification des matériaux utilisés

5.1 OBJECTIFS :

L’objectif de cette étude est de contribuer à la réduction de la pollution occasionnée par le

rejet des emballages plastiques dans la nature. De nombreuses pistes existent pour « donner une

valeur » à ce type de déchets et faire en sorte qu’ils soient considérés plus comme une ressource

qu’une nuisance. Nous avons choisi l’une des pistes proposées en leur utilisant comme liant,

comme le ferait du ciment, pour la fabrication de matériaux de construction comme la brique.

Différents documents scientifiques et technologiques, nationaux et internationaux ont été

utilisés pour la réalisation de ce travail. Des travaux de recherche sur terrain et aux laboratoires

ont été effectués pour la maîtrise du procédé de fabrication des matériaux.

5.2 MATIERES PREMIERES

Les matières premières utilisées pour la réalisation des essais ont été bien choisis comme :

5.2.1 Le sable

Il sera utilisé comme charge. Pour notre expérience, nous allons utiliser le sable moyen et grossier

de dimension 0,2 à 5 mm [12] [13]. Son incorporation dans le thermoplastique fondu améliore les

propriétés diélectriques, la résistance à la chaleur, la dureté, la résistance à la compression et à

l’humidité des objets moulés. Le sable joue aussi le rôle de plastifiant afin d’améliorer la fluidité

à chaud du mélange.

5.2.2 Les gravillons :

De dimension 4/14, ils vont constituer les squelettes du matériau et vont améliorer également la

résistance à la compression du mélange [12].

5.2.3 Les déchets plastiques :

Ils vont servir comme liant pour la fabrication des matériaux.

Les matières plastiques nous permettent d’avoir facilement une différente variété de

forme pour ces matériaux grâces à leurs alliages. En plus d’être des matériaux légers, très faciles

à mettre en œuvre, ils sont souvent peu couteux par rapport à ces métaux alors que leurs propriétés

sont presque semblables [13]. Dans nos travaux pratiques, on a choisi trois types de plastiques

qu’on retrouve fréquemment dans les emballages : Le PEHD, le PET et le PA.

Nous avons choisi exceptionnellement le PET et le PEHD à cause de leurs

caractéristiques respectives qui seront représentés dans le tableau ci-dessous :

Tableau 9 : Caractéristiques du PET et PEHD

PET PEHD

Température de fusion

120 à 260°C

128 à 135°C

Coefficient de poisson1

0,37- 0,44

Module de tension (GPa)

0,5-1,2

Résistance à la traction (MPa)

15- 40

Résistance au choc (J.𝑚−1)

13- 35

20- 210

Densité (g/𝑐𝑚3) 1,3 à 1,4 0,95

Source : Tous les matériaux pour la recherche, l’industrie et la production, goodfellow.com [W8]

1 Constante d’élasticité de 0 à 0,5

Chapitre 6 Matériels et méthodes de fabrication

6.1 Matériels utilisés

Divers matériels et équipement ont été utilisés pour la réalisation de la fabrication des matériaux.

Il s’agit :

Une cuve de cuisson obtenue par l’adaptation d’une marmite métallique.

Elle est utilisée pour la préparation de la pâte composée de résine plastique et des granulats.

Une unité de souffle ou forge pour le chauffage, alimentée par du charbon de bois.

Photos 1 : Unité de soufflage ou forge

Des moules métalliques pour brique.

Une balance de précision

Une presse pour le compactage des matériaux.

Elle fonctionne avec une vis sans fin sur laquelle nous avons vissé un plateau sur son bout

inférieur. Une manivelle est placée sur son bout supérieur. Quand on la tourne, l’espace entre le

plateau sur le bout de la vis et le plateau inférieur est progressivement réduite et la densité du

matériau est de plus en plus grande, ainsi la pression effectuée sur le produit moulé augmente

progressivement. Ceci nous fournisse la pression nécessaire à la compression de la pâte dans la

moule. On tourne la manivelle jusqu’à ce que le couvercle de la moule soit placé parfaitement à

l’horizontale sur le boitier pour qu’on obtienne une pression uniforme sur la moule. Une balance

a été utilisée pour le dosage des matières premières.

Presse hydraulique multifonctionnelle utilisée pour la détermination de la résistance

mécanique des matériaux (pression d’écrasement réglée à 4000 daN). Elle permet

également le moulage des éprouvettes (pression de moulage à 6000 daN).

6.2 Prétraitement des déchets et mises en œuvre

Phase 1 – Préparation du mélange

Les déchets plastiques sont collectés, triés et classés selon leur nature chimique et leur origine. En

fait, les thermoplastiques sont difficilement compatibles entre eux d’un point de vue structure c'est-

à-dire deux ou plusieurs plastiques de nature différent ne forme pas toujours une solution solide

homogène. Il ne sera donc pas possible de mélanger deux plastiques de nature différents.

Puis, ils vont être débarrassés de leurs impuretés :

Vider les différents emballages plastiques de leur contenu et d’enlever les étiquettes ;

Laver et sécher les déchets plastiques, déchiqueter et compacter les déchets plastiques ;

Stocker dans un endroit propre et sec à l’abri de l’humidité.

Photos 2 : Presse de compactage

Photos 3 : Machine d’essai universelle

Wolpest Testwell

Photos 5 : Moulage et compactage

Préparation des granulats :

Les déchets plastiques vont être broyés pour faciliter leur cuisson. Ici, pour le cas de la

brique, on va utiliser du sable ayant une granulométrie compris entre 0.2 mm à 5mm et des

gravillons ayant une granulométrie de 4/14.

Pour le bon dosage des mélanges, les granulats vont être pesés pour avoir une variation de la

composition des matériaux.

Phase 2 – Chauffage du mélange

D’abord on chauffe la cuve à cuisson, puis on verse petit à petit les granulats de plastiques. Lorsque

la solution est homogène, on verse progressivement le sable et les gravillons jusqu’ à l’obtention

d’un mélange homogène à nouveau.

Photos 4 : Tri, broyage, chauffage

Phase 3 – Moulage

Lorsque la pâte devient homogène, on passe tout de suite au coulage en versant

soigneusement le mélange dans une moule. Au contact des parois froides, la pâte prend la forme

du moule et se solidifie. Cette opération doit se faire le plus rapide possible pour que la pâte ne se

solidifie pas trop avant le compactage [12].

Après moulage, on presse la pâte sur la presse à vis sans fin afin d’éliminer les vides et les

pores qui pourraient emmagasiner de l’eau. Après l’opération de compactage, on retire d’abord la

base et le couvercle du moule. Ensuite, on ébarbe le matériau à l’aide d’une scie à métaux.

Phase 4 – Démoulage

Pour faciliter le démoulage, la brique et le boitier du moule doivent être trempés dans du bac

d’eau froide pendant deux minutes. Le démoulage est immédiat et s’effectue, sans problème, en

retirant avec précaution le moule.

Phase 5 – Refroidissement

La brique et la plaque métallique sur laquelle ils reposent, sont placées dans un bac d’eau

froide.

Phase 6 – Finition

Les briques refroidis sont vérifiés, éventuellement ébarbés, vont subir des tests et ceux qui

ne sont pas conformes sont rejetés.

Photos 6 : Matériaux obtenus à partir des déchets plastiques

Remarque :

Il est indispensable de porter les EPI durant la réalisation de ces matériaux comme la

combinaison de travail, les gants, lunette de protection, le masque à gaz, etc…

Les gaz émis tout au long de la fabrication des matériaux peuvent être néfaste en cas

d’inhalation.

Durant la cuisson jusqu’au moulage, il y a des risques de brûlure puisque les matériaux

manipulés sont à une température très élevée.

Chapitre 7 Résultats et discussions

7.1 Le comportement des essais effectués

Il est très souvent difficile d’obtenir un mélange homogène lorsque l’on mélange des

thermoplastiques de nature différente. Notre expérience consiste à étudier les comportements des

mélanges de PET, de PET+PEHD et de PA avec le sable et le gravillon selon leur composition au

cours des essais de fabrication des matériaux.

Tableau 10 : Divers essais et leurs états

Types de

plastiques

Plastiques (%) Sables

Gravillons (%) Etats

Essai n°1 PET 20,5 69,2 10,3 Très mauvais

Essai N°2 PET 25,4 59,2 16,4 Bon

Essai N°3 PET 30 59 11 Mauvais

Essai N°4 PET 35 50 15 Mauvais

Essai N°5 PET+PEHD 25,4 59,2 16,4 Bon

Essai N°6 PET+PEHD 30 59 11 Bon

Essai N°7 PET+PEHD 35 50 15 Excellent

Essai N°8 PA 25,4 59,2 16,4 Aucun résultat

Source : Auteur

NB : Nous n’avons obtenu aucun résultat avec le Polyamide (PA) puisque sa température de

fusion est très élevée. Une température que nous n’avons pas pu atteindre durant nos expériences

7.2 Diagramme de la conduite de la cuisson

La cuisson commence par la fusion des déchets plastiques dont la température varie entre la

température ambiante et 250 °C [13]. Lorsque cette température est atteinte et que le mélange est

homogène, on y ajoute le sable suivit ensuite par les gravillons.

7.3 Durée de refroidissement

Le mélange met du temps à refroidir du moment de coulage jusqu’au démoulage, cette durée est

représentée par le diagramme suivant :

Figure 21 : Variation de la température pour le refroidissement de la brique [12]

7.4 Résistance à la compression

Pour le test de la résistance à la compression, nous avons préparé des éprouvettes

parallélépipédiques de dimension 59mm x 59mm x 49 mm. Les éprouvettes vont subir les essais

à l’écrasement moyennant la presse hydraulique du Bloc Technique sise à Ankatso. Le principe

Temps de refroidissement en minute

Figure 20 : Diagramme de la conduite de la cuisson [12]

Temps de cuisson en minute

consiste à positionner les éprouvettes entre les plateaux d’une presse, puis soumettre

progressivement à une charge jusqu’à la rupture par compression (écrasement sous charge axiale).

Résistance à la compression à sec Rcsec:

Nous avons effectué nos essais sur les matériaux composés des deux (02) types de plastiques

ayant respectivement leur comportement sous l’effet de la compression. Pour chaque essai, nous

avons confectionné sept (07) éprouvettes. Les résultats sont consignés dans le tableau ci- dessous.

Tableau 11 : Résistance à la compression à sec des essais

Teneur en plastique (%) 20 25,4 30 35 25,4 30 35

Force de compression (N) 39330 42500 38800 38000 45600 65600 72600

Résistance à la

compression (MPa) 11,29 12,209 11,14 10,91 13,09 18,84 20,85

2Résistance à la

compression (Bar) 112,9 122,09 111,4 109,1 130,9 188,4 208,5

Source : auteur

Figure 22 : Histogramme sur la résistance à la compression à sec des mélanges

2 1MPa= 10 Bar

20 25,4 30 35

Teneur en plastique (%)

PET+PEHD

Résistance à la compression humide 𝑅𝑐humide :

Même procédé comme celui effectué pour la détermination de la résistance à la compression

à sec. Par contre, avant d’effectuer l’écrasement, l’éprouvette a été immergée dans l’eau pour une

durée de 48 h. nos expériences nous ont donc menés aux résultats représentés sur le tableau et

traduit par la courbe ci-dessous :

Tableau 12 : Résistance à la compression humide des essais

Teneur en plastique (%) 20 25,4 30 35 25,4 30 35

Force de compression (N) 39300 42380 38220 37050 45070 65420 72450

Résistance à la

compression (MPa) 11,28 12,17 10,98 10,64 12,94 18,79 20,81

Résistance à la

compression (Bar) 112,8 121,7 109,8 106 ,4 129,4 187,9 208,1

Source : auteur

Figure 23 : Histogramme sur la résistance à la compression humide des mélanges

20 25,4 30 35

Teneur en plastique %Rés

PET PET+Pehd

La figure montre que la résistance à la compression maximale obtenue est de 20,85MPa. Elle est

obtenue avec le mélange constitué de 35% de déchet plastique en PET et PEHD, 50% de sable et

15% de gravillon (essai N°7).

Pour l’éprouvette ayant une composition de 35% de plastique, la résistance à la compression est

de 10,91MPa (essai N°4). Elle est faible car la quantité de plastique PET contenue dans le mélange

est insuffisante. .

La nature du plastique utilisé a beaucoup d’influence sur le comportement des résultats obtenus.

Une même quantité de plastique ne signifie pas que nous pouvons toujours obtenir des résultats

similaires. A 35% de déchets plastiques, le matériau contenant du PET+ PEHD a une résistance

à la compression de 20,85 MPa. Par contre, le matériau contenant seulement du PET n’a une

résistance à la compression qu’à 10,91 MPa, soit presque la moitié de la résistance du mélange

cité précédemment.

Il existe alors une composition bien définie du mélange pour que la résistance à la compression

du produit final soit optimale.Rcsec et Rchumide ont des valeurs proches c’est-à-dire les

matériaux ont des comportements hydriques excellents (Cf. annexe a5)

7.5 Détermination de la porosité du produit

Le test repose sur un principe simple de comparaison de la masse du produit immergé dans

l’eau et de sa masse initiale [18]. Pour déterminer la porosité de notre matériau : nous avons tout

d’abord pesé notre matériau à sec. Puis, nous avons plongé les éprouvettes dans une cuvette

remplie d’eau pendant une durée de 48h. A sa sortie, le matériau a été pesé de nouveau. Nos

expériences ont abouti aux résultats suivants :

Tableau 13 : Test de porosité des échantillons

Teneur en plastique (%) 25,4 30 35 25,4 30 35

Masse initiale (g) 355 259 243 300 231 270

Masse finale (g) 358 263 245 302 232 271

Porosité (%) 0,84 1,54 0,82 0,66 0,43 0,37

Source : Auteur

Les résultats obtenus dans ce tableau vont être traduit par l’histogramme suivant :

Figure 24 : Histogramme sur la porosité des matériaux

La porosité du matériau fabriqué à partir des déchets de PET+PEHD est de 0,37% tandis que

celle du matériau fabriqué à partir des déchets de PET est de 0,82%.

Grace à la très bonne adhérence entre les charges et les matrices de nos produits, le test de porosité

a donné des résultats très satisfaisants variant de 0,37 à 0,84%. Le rôle des liants est de faire en

sorte que le matériau n’absorbe pas l’eau. De plus, le compactage à l’aide de la presse élimine les

vides et les pores qui pourraient emmagasiner l’eau. Donc on peut dire que la pression que nous

avons soumise au moule est suffisante.

PET PET+PEHD

Type de plastiques

Inf à 25,4% Entre 25,4% et 30% Entre 30% à 35%

CONCLUSION

Ce mémoire sur la contribution à la valorisation des déchets plastiques pour la production des

matériaux composites consiste à faire recours à la méthode de la valorisation des matières

plastiques pour la fabrication de certains matériaux de construction comme : les pavés

autobloquants, les parpaings, les briques. Ainsi, à l’issue de ce travail, nous pouvons retenir les

points suivants :

Premièrement, le recours au tout plastique nous rend dépendants d’une matière

première non renouvelable : le pétrole, qui par la suite subira divers traitements, élaboration et

transformations avant d’être utilisés et commercialisés sur le marché.

Deuxièmement, les matériaux plastiques sont des déchets non biodégradables et

posent néanmoins la question de la gestion des déchets qu’ils engendrent, alors qu’ils sont

omniprésents dans presque tous les domaines et secteurs d’activités existantes. Il y a donc lieu

d’encourager leur recyclage et leur valorisation. Pour cela, il existe trois grandes méthodes de

valorisation des matières plastiques comme la valorisation énergétique, la valorisation chimique

et la valorisation de la matière incluant la fabrication des matériaux composites.

Troisièmement, nous avons effectués des travaux expérimentaux au bloc technique

sis à Ankatso et au laboratoire de la Mention Génie Chimique de l’ESPA. Les échantillons

recueillis ont révélé que le mélange constitué de 35% de déchets plastiques + 50% de sable + 15%

de gravillon, soit l’essai N°7 présentait le résultat le plus satisfaisant avec : une résistance à la

compression de : 20,85 MPa et un test de porosité de : 0,37%. Ce résultat nous a révélé que nous

avons abouti à la réalisation d’un produit de qualité. Non seulement il respecte les normes sur les

caractéristiques des matériaux de constructions mais aussi peut rivaliser les autres matériaux qu’on

trouve sur le marché de construction avec un prix intermédiaire.

Et finalement, la réalisation de ce mémoire nous a permis d’approfondir nos connaissances et

d’obtenir plus d’expériences. Tous les travaux effectués aussi bien au bloc technique qu’au

laboratoire nous ont offert l’opportunité de s’initier à l’application des études théoriques dont nous

disposons mais aussi de faire part à la réduction de la pollution et la préservation de

l’environnement grâce à la réutilisation de ces déchets en tant que liant.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] Benjamin Swoboda. HAL, archive- ouverte. Amélioration du comportement au feu de

polyéthylène téréphtalate et d'alliage polyéthylène téréphtalate/polycarbonate

recyclés… Thèse de Doctorat, Université Montpellier II. 20 Novembre 2007

[2] Cercle National du recyclage. Les emballages plastiques: de la fabrication à la

valorisation. Avril 1999

[3] Département développement économique, Compétitivité et International (DECI). Etude

de la filière des matériaux composites thermoplastiques. Mai 2014

[4] Ensemble scolaire. Pas de fin pour les plastiques. Faculté de Science Didactique de

sciences naturelles. Université Catholique de Couvain. 2007

[5] Erdyn Consultants, recyclage chimique des matières, Juin 2002

[6] Frédéric Ruch. Point sur le recyclage des composites thermodurcissables. Nouveaux

matériaux: les composites thermoplastiques structuraux．5 Octobre 2011

[7] Gnanou Yves. Michel Fontanille. Chimie et physico-chimie du polymère. 3ème édition.

DUNOD L'USINE NOUVELLE. Paris, 2013

[8] Guidoum A. Polymère et composite. Matériaux de construction.

[9] Jean Claude Charmet. Supports de l'enseignement de mécanique des solides. Mécanique

du solide et des matériaux, élasticité – plasticité – rupture.

[10] Jean Noel Bertrand. Dossier pédagogique réalisé dans le cadre du programme de

conférence "les jeunes, la chimie et les sciences de la vie".

[11] Laurent Gornet. HAL, archive-ouverte, Généralité sur les matériaux composites. 28

Septembre 2008

[12] Mada_Hary. Valorisation à l'échelle pilote des déchets plastiques pour la fabrication

des matériaux de construction. Vol 2. 2014

[13] Mandimbisoa Maholy. Installation d'une unité pilote de valorisation de déchet plastique

en matériaux de construction: tuile et brique. 2012

[14] Marc Carrega. Matériaux polymères. Aide-mémoire, matières plastiques. 2ème édition.

DUNOD L'USINE NOUVELLE. 2007

[15] Michael Erikson. Détermination des propriétés et applications des composites.

Novembre 2009

[16] P. Weiss. Chimie des polymères. Société Francophone de Biomatériaux Dentaires.

2009_2010

[17] RASOLONJATOVO Henitsoa Safidy Josephson. Contribution à l’étude de valorisation

des déchets plastiques pour la production des carburants, de solvant et de fuel par voie

thermique. Mémoire de fin d'étude. 2009

[18] RASOLONJATOVO Tellie Mbola Sitraka. Contribution à la valorisation des déchets

plastiques par la fabrication des tuiles. Mémoire de fin d'études. 2011

[19] RAVAOAVY Mahary Sambany Bien Aimé. Recyclage des déchets film plastiques de

la société JB. Mémoire de fin d'étude. 2016

[20] Roselyne Messal, la valorisation des déchets plastiques en Europe et en France, encore

des progrès à faire… L'actualité chimique, 2013

[21] Vincent Chaffraux. Etude de l'extrusion du PET et ses mélanges non comptabilisés avec

le PEhd. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2002

REFERENCES WEBOGRAPHIQUES [W1] Cour_polym.pdf/ Cours polymères. 18 Février 2017

[W2] www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-polyethylene-2889/

[W3] www.recyclage-plastiques.fr/dechets-plastiques/quest-ce-quun-dechet-

notamment-plastiques/ Consulté le 9 Février 2017

[W4] www.energieplus-lesite.be/index.php?id=10444

[W5] www.recyclage-plastiques.fr/matieres-plastiques/les-differentes-matieres-

plastiques/ Consulté le 19 fevrier2017

[W6] www.recyclage-plastiques.fr/recyclage-plastique/la-valorisation-chimique/

Consulté le 19 Février 2017

[W7] http://www.recyclage-plastiques.fr/recyclage-plastique/la-valorisation-energetique

/Consulté le 19 Février 2017

[W8] Tous les matériaux pour la recherche, l’industrie et la production, goodfellow.com

[W9] Dossier enseignant. « VOYAGE EN INDUSTRIE » CAP SCIENCES 2006. 3 Mars

[W10] www.wikipedia.org. Les matériaux. Consulté le 15 Février 2017

ANNEXES

Annexe 1 : Transformations ou mises en forme des matériaux plastiques

Une fois synthétisés, les polymères se présentent sous forme de poudres ou granulés, prêts

à être transformés en demi -produits ou en produits finis. Il existe également de nombreux procédés

de transformation adaptés à la nature du polymère à mettre en œuvre et à la forme finale souhaitée :

Injection

Ce procédé permet de donner aux matières plastiques une fois ramollies la forme simple ou

complexe du moule dans lequel elles ont été injectées.

Ex : palettes, coques de télévisions, boites, pots, tableaux de bord, ...

Extrusion

Cette méthode permet de fabriquer des produits en continu.

Ex : profilés, tubes, films, feuilles, sacs, plaques, ...

Extrusion-Soufflage

Les matières plastiques extrudées cette fois en discontinu (préformes) sont ensuite soufflées dans

un moule pour en prendre la forme.

Ex : bouteilles, flacons, bidons, réservoirs, conteneurs, ...

Rotomoulage

La matière plastique en poudre est introduite dans un moule clos puis est centrifugée sur les parois

chaudes. On obtient par cette méthode des corps creux de gros volume.

Ex : cuves, réservoirs, conteneurs, ...

Expansion

Le moussage ou expansion des polystyrènes et des polyuréthannes permet de fabriquer des

produits alvéolaires.

Ex : calage, sièges automobiles, ameublement, caissettes, ...

Compression

Cette méthode sert à mettre en forme les polymères thermodurcissables.

Ex : pièces plates (vaisselle, accessoires électriques, ...)

Calandrage

Ce procédé permet d’obtenir des produits plats de grande largeur par laminage de la matière

plastique entre plusieurs séries de rouleaux.

Ex : feuilles, plaques, films, sols plastiques, ...

Enduction

Couplée au calandrage, cette méthode permet de déposer une résine plastique sur un support

continu (papier, carton, tissu) en décoration ou en protection.

Ex : revêtement de sols, de murs, mobilier, ...

Thermoformage

Après avoir été ramollis sous la chaleur, les demi-produits thermoplastiques (plaques ou feuilles)

sont emboutis sur une forme.

Ex : gobelets, pots de yaourts, cuves, ...

Annexe 2 : Extrait de loi sur la procédure de gestion de déchets

Article 3 : Tout Investisseur, promoteur et operateur œuvrant dans le domaine de

l’importation, l’exportation, les transports, la valorisation, le recyclage et l’élimination des

produits en fin de vie, sources de déchets et des déchets dangereux nuisibles à

l’Environnement doit déposer une demande d’autorisation adressée à l’Autorité Compétente

National et au Point Focal National pour orientation des directives techniques, évaluation et

approbation.

Article 4 : Toutes exportations, importations et/ou transit de déchets ou produits dangereux

nécessitent un document de notification et un ou plusieurs documents de mouvement. Ces

documents sont disponibles et à retirer auprès du Bureau National de la Convention de Bâle

(BNCB).

Article 5 : Pour le cas de l’élimination de déchets dangereux, le Ministère chargé de

l’Environnement par le biais du Bureau National de la Convention de Bâle et le Comité

National de la Mise en œuvre doit assister à l’opération afin de constater, contrôler la

conformité de la procédure d’élimination, d’établir un procès-verbal et de délivrer une

attestation d’élimination.

Article 6 : Toute personne, qui produit ou détient des déchets, doit en assurer elle-même

l’élimination ou le recyclage ou les faire éliminer ou recycler auprès des entreprises agréées

par le Ministère chargé de l’Environnement et vertu du Principe de Pollueur-Payeur.

Article 7 : Le présent décret s’applique :

a. Aux produits en fin de vie et substances suivantes :

Les pneus,

Les matières premières des objets plastiques,

Les matières premières des accumulateurs électriques (batteries et piles),

Les Equipements Electro-Electroniques,

b. Aux déchets suivants :

Les déchets médicaux et des services de santé,

Les huiles et hydrocarbures usagées et les objets contaminés

Les accumulateurs plomb-acide usagés,

Les déchets des biocides,

Le papier autocopiant, les mastics et les matières plastiques,

Les déchets chimiques produits par les industries et d’autres secteurs,

Les déchets métalliques (Zinc, cuivre, aluminium, fer)

Les déchets contenant des métaux lourds (plomb, cadmium, mercure, arsenic, étain,

chrome, nickel)

Les déchets électroniques et électriques (téléphones portables, ordinateurs et ses

accessoires, unités centrales, imprimantes, photocopieurs, onduleurs, téléviseurs, antennes,

micro-ondes, fer à repasser, gadgets/jouets, appareils photos, appareil d’éclairage).

Les déchets d’emballages plastiques,

Les cendres volantes,

Les déchets valorisables.

Article 8 : Origines des produits prévus à l’article 7

Les produits sont importés par voie maritime et/ou aérienne et sont également issus de la

production locale.

Article 9 : Tout Investisseur ou promoteur œuvrant dans le domaine de l’importation,

l’exportation, les transports, la valorisation, le recyclage et l’élimination des produits en fin

de vie, sources de déchets et des déchets dangereux nuisibles à l’Environnement est tenu

d’appuyer financièrement le BNCB dans l’accomplissement de ses tâches dont la modalité

sera fixée par voie règlementaire.

Article 10 : Le non-respect des règlementations nationales en vigueur et des dispositions du

présent décret par les investisseurs, les promoteurs ou à la suspension de l’activité suivant le

Entre deux ou plusieurs Pays Parties à la Convention de Bâle et en cas d’exportation et

d’importation illicites des produits en fin de vie, sources de déchets et des déchets dangereux,

les frais relatifs aux réexpéditions seront supportés par le propriétaire.

Annexe 3 : Normes et classification Camerounaises sur les caractéristiques des éprouvettes

Caractéristiques S(âge) U (unité) Classe A :

EXCELLENT Classe B : BON

Absorption totale : p

( 24 heures d’immersion) 28 jours % poids < 5 % [ 5, 10 ]

Résistance à la compression

à sec : RCsec

28 jours bar 120 [ 50, 120 ]

Classe C : MOYEN

Absorption totale : p

( 24 h d’immersion ) 28 jours % poids [ 10, 20 ]

sec : RCsec

28 jours bar [ 20, 50 ]

humide : RChumide ( 24 heures

d’immersion )

28 jours bar [ 5, 10 ]

CLASSE D : FAIBLE

Absorption totale : p ( 24 h d’ immersion )

28 jours % poids 20

sec : RCsec

28 jours bar < 20

Résistance a la compression

humide : RChumide (24 heures

d’immersion) 28 jours bar < 5

Table des matières

REMERCIEMENTS ................................................................................................................. i

SOMMAIRE ........................................................................................................................... ii

LISTE DES ACRONYMES, ABREVIATIONS .................................................................. iii

LISTE DES ANNEXES .......................................................................................................... iv

LISTE DES FIGURES ............................................................................................................. v

LISTE DES PHOTOS ............................................................................................................. vi

LISTE DES TABLEAUX ..................................................................................................... vii

INTRODUCTION .................................................................................................................... 1

PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES

Chapitre 1 Notion sur les matériaux polymères ....................................................................... 2

1.1 Matière première : Le pétrole .................................................................................... 2

1.1.1 Généralités .......................................................................................................... 2

1.1.2 Distillation du brut .............................................................................................. 2

1.1.3 Craquage catalytique .......................................................................................... 2

1.1.4 Reformage catalytique ........................................................................................ 3

1.1.5 Hydrocraquage.................................................................................................... 3

1.1.6 Viscoréduction .................................................................................................... 3

1.1.7 Vapocraquage ..................................................................................................... 3

1.2 Polymères ................................................................................................................... 6

1.2.1 Nomenclature des matériaux plastiques ............................................................. 6

1.2.1.1 Homopolymères ................................................................................................. 6

1.2.1.2 Copolymères ....................................................................................................... 7

1.2.2 Monomères ......................................................................................................... 9

1.2.3 Polymérisation .................................................................................................... 9

1.2.4 Degré de polymérisation : ................................................................................ 11

1.3 Origine des polymères ............................................................................................. 11

1.3.1 Polymères naturels ............................................................................................ 11

1.3.2 Polymères artificiels : ....................................................................................... 11

1.3.3 Polymères synthétiques : .................................................................................. 11

1.4 Structure des polymères ........................................................................................... 12

1.4.1 Polymères linéaires ........................................................................................... 12

1.4.2 Polymère ramifié .............................................................................................. 12

1.4.3 Polymères réticulés ........................................................................................... 12

1.4.4 Polymères amorphes et polymères cristallisés ................................................. 12

Chapitre 2 Familles des plastiques et leurs usages ................................................................. 14

2.1 Plastiques ................................................................................................................. 14

2.1.1 Résine ............................................................................................................... 14

2.1.2 Adjuvants .......................................................................................................... 14

2.1.3 Additifs ............................................................................................................. 15

2.2 Famille des plastiques et leurs usages ...................................................................... 15

2.2.1 Thermoplastiques ............................................................................................. 15

2.2.2 Thermodurcissable............................................................................................ 17

2.2.3 Elastomère ........................................................................................................ 18

Chapitre 3 Valorisation des déchets plastiques ...................................................................... 19

3.1 Généralités ............................................................................................................... 19

3.1.1 Traitement des déchets ..................................................................................... 19

3.1.2 Recyclage.......................................................................................................... 19

3.1.3 Méthode de valorisation des déchets plastiques ............................................... 23

Chapitre 4 Les matériaux composites ..................................................................................... 27

4.1 Généralités ............................................................................................................... 27

4.2 Matériaux composites .............................................................................................. 29

4.3 Constituant des matériaux composites ..................................................................... 30

4.3.1 Matrice .............................................................................................................. 30

4.3.2 Additifs ............................................................................................................. 31

4.3.3 Renforts ............................................................................................................ 31

4.4 Technologies de mise en œuvre des matériaux composites ...................................... 31

DEUXIEME PARTIE : ETUDES EXPERIMENTALES

Chapitre 5 Objectif de l’étude et justification des matériaux utilisés .................................... 34

5.1 OBJECTIFS : ............................................................................................................. 34

5.2 MATIERES PREMIERES .............................................................................................. 34

5.2.1 Le sable ............................................................................................................. 34

5.2.2 Les gravillons : ................................................................................................. 34

5.2.3 Les déchets plastiques : .................................................................................... 34

Chapitre 6 Matériels et méthodes de fabrication .................................................................... 36

6.1 Matériels utilisés .................................................................................................. 36

6.2 Prétraitement des déchets et mises en œuvre ....................................................... 37

Chapitre 7 Résultats et discussions ......................................................................................... 40

7.1 Le comportement des essais effectués ................................................................. 40

7.2 Diagramme de la conduite de la cuisson .............................................................. 40

7.3 Durée de refroidissement ..................................................................................... 41

7.4 Résistance à la compression ................................................................................. 41

7.5 Détermination de la porosité du produit ............................................................... 44

CONCLUSION GENERALE ................................................................................................ 46

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUES

ANNEXES

RESUME

ABSTRACT

Nom et prénoms : HENITSOAFIDY Rémy Onésime

Nombre de page : 46

Nombre de figure : 24

Nombre de photos : 06

Nombre de tableau : 13

Rapporteur : Professeur RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné Chef de la Mention Génie

des Procédés Chimiques et Industriels

Contacts : lot 1178/ 67Ha Nord Ouest Antananarivo

E-mail: henitsoafidy@yahoo.fr

N° téléphone : 0349657294

Titre du mémoire : « CONTRIBUTION A LA VALORISATION DES DECHETS

PLASTIQUES POUR LA PRODUCTION DES MATERIAUX COMPOSITES »

RESUME

Les plastiques font partie de notre vie quotidienne, mais leur décharge dans la nature

devient un sérieux problème pour l’environnement. Il est donc nécessaire de gérer les

déchets engendrés par ces matériaux, avec lesquels des multiples solutions adaptées aux

différents flux de déchets ont été progressivement adoptées grâce à la sensibilisation des

pouvoirs public.

L’objet de cet ouvrage est de contribuer à la diminution de cette pollution en valorisant

les matériaux plastiques en vue d’obtenir des matériaux composites utilisables pour les

travaux de construction. Après diverses expériences, nous avons obtenu des matériaux de

bonne qualité, suivant les normes sur les propriétés des matériaux de construction avec : une résistance à la compression de : 20,85 MPa et une porosité de : 0, 37%

Mots clés : déchets, thermoplastiques, matériaux composites, polymères, recyclage

ABSTRACT

Plastics are part of our daily life but their discharge in nature becomes a serious

problem for the environment. It is therefore necessary to manage the plastic wastes, with

which multiple solutions adapted to different types of wastes flows where progressively

adopted, thanks to the public authorities’ awareness.

The present work aims to contribute to reduce pollution and at the same time to

valorize the plastic wastes by including them into composite elements used for building

construction works. After diverse experiences, we could obtain good quality materials, with

which their properties are in accordance with the norms of construction materials: a

compressive strength of: 20,85 MPa and porosity of: 0,37%

Key words: wastes, thermoplastics, composite, polymers, recycling

Promotion 2016

CONTRIBUTION A LA VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES …

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