Séminaire AMC Robert Le Roy & Leda Dimitriaki Courtial ... · de remplacer l’ivoire, devenue...

SAC PLASTIQUE

MEMOIRE DE RECHERCHE Séminaire AMC Robert Le Roy & Leda Dimitriaki

Courtial Louise Master IEcole Nationale Supérieure d’Architecture

J’aimerais remercier Sandrine Marceau et Sandrine Moscardelli pour leur contribution à ce travail, leur attention et leur sympathie.

Merci à Robert LeRoy et Leda Dimitriadi pour leur encradrement.

INTRODUCTION

AVANT PROPOS

HISTOIRE DE LA MATIERE PLASTIQUE

Les prémices

Les premiers plastiques d’origine naturelle

Premier plastique synthétique : la bakélite

Essor des polymères de synthèse

LES POLYMERES

Du pétrole au plastique

Formation des polymères

Les polymères

Classification et reconnaissance des polymères

Les thermoplastiques

Procèdés de mise en forme

HISTOIRE DU RECYCLAGE

LE RECYCLAGE, AUJOURD’HUI

LE CAS DU POLYETHYLENE

PARENTHESE ILLUSTREE

PROBLEMATIQUE

PROTOCOLE EXPERIMENTAL | 1

EXPERIENCES | 1

DIAGNOSTIC DU MATERIAU

EXPERIENCES | 2

CONCLUSION DES EXPERIENCES ET NOUVEAUX QUESTIONNEMENTS

CONCLUSION

ANNEXES

BIBLIOGRAPHIE

SOMMAIRE

AVANT-PROPOS

Je me suis orientée vers ce sujet suite à un constat personnel. En 2011, lors d’un séjour

de travail au Togo, j’ai pu constater l’impact des déchets sur l’environnement. La collecte des

ordures ne fait parti pas des préoccupations des collectivités. Les déchets ménagers trouvent

leur fin de vie dans les rues, les fosses publiques prévues à cet effet, les espaces naturels

avoisinants les villes. Bien évidemment, la quantité de déchets par habitant est bien moindre

qu’en Europe, puisque la majorité des déchets ménagers non organiques sont des sacs plas-

tiques fins issus de l’alimentaire.

Ces sacs sont partout et causent d’importants dégâts sanitaires et environnementaux. Les

vents les portent dans la nature proche, ils s’amassent dans les cours d’eau et créent des

petites retenues qui favorisent le développement de maladies. En ville, ils sont ingérés par

les poules et les chèvres qui paissent dans les rues, et qui sont voués à la consommation

humaine.

Un fléau est à l’heure actuelle hors champs des politiques locales, puisque sa collecte n’est

pas lucrative et qu’il n’existe pas de système d’impôt capable de couvrir de telles dépenses.

En 2011-2012, nous avons (avec l’association ASOF TOGO) mis en place dans deux écoles

des systèmes de tri des déchets et des campagnes de sensibilisations auprès des élèves.

Au travers de ce séminaire de recherche, j’ai voulu m’intéresser à ce matériaux d’une manière

plus technique, en essayant de comprendre sa composition, sa fabrication, son fonctionne-

ment, son recyclage (ou plutôt absence de recyclage), et d’envisager un réemploi de celui-ci,

(pas nécessairement dans un contexte togolais).

INTRODUCTION« Le plastique est un matériel omniprésent dans notre vie quotidienne. Et le monde de l’architecture n’a pas fermé les yeux sur les avantages qu’il pouvait offrir dans la réalisation de projets architecturaux ».

Dimitris Kottas

Si la matière plastique est encore employée avec parcimonie dans le milieu du bâtiment, elle l’est sans retenue dans l’industrie, le commerce et la consommation quotidienne. Certains architectes comme Rem Koolhas, Herzog et de Meuron, osent le plastique : à l’affiche ou par nuance.

Ce mémoire s’intéresse à cette matière qui a envahi en moins d’un siècle nos paysages quotidiens. Très utilisé, notamment dans l’industrie agroalimentaire, le plas-tique se retrouve en quantité importante dans les déchets domestiques et industriels. Ils représentent environ % des déchets (des ordures ménagères résiduelles / source ADEME MODECOM) produits en moyenne par habitant en France.

D’origine synthétique ou naturelle, thermoplastique ou non, la matière malléable permet d’obtenir des formes infinies : courbe, fine épaisseur, etc. Il existe différents types de plastiques possédant des propriétés qui leur sont propres.

L’usage abondant du plastique pose depuis plusieurs décennies la question de sa fin de vie. Recyclage,

réemploi, incinération, enfouissement : que faire de ce matériau dont l’impact sanitaire et environnemental laisse entrevoir de dangereuses retombées.

Certains plastiques, comme le PET (Polytéréphtalate d'EThylène) ou le PEHD (PolyEthylène Haute Densité), sont triés et recyclés. Qu’en est-il des autres matières plastiques ?

Ce travail s’intéresse particulièrement à un plastique présent quotidiennement et dans le monde entier. Sa consommation s’élève à , million de tonnes en en Europe (source PlasticsEurope Market Research Group). Ces plastiques, dits « mous » ne sont aujourd’hui ni triés, ni recyclés. Quelles en sont les raisons ? Que faire de cette matière abondante et extrêmement polluante ? Quelles sont les pistes d’utilisation en architecture ?

Après une approche théorique sur l’histoire du plastique et du recyclage, ce travail développera particulièrement le cas du polyéthylène basse denstié. Une série d’expérimentations tentera d’explorer une piste pour un ré usage de ce matériau.

Les prémices

L’usage des matières plastiques remonte à l’antiquité, cependant c’est avec les progrès de

la chimie et l’essor industriel de la fin du XIXème siècle que les polymères, notamment de

synthèse, se sont véritablement développés.

Les premiers signes de l’utilisation de matières plastiques datent du XVème siècle avant

J-C, les Egyptiens utilisaient des colles constituées de gélatine, de caséine ou d’albumine.

Ce n’est qu’à la fin du XVème siècle, suite aux grandes découvertes, que le caoutchouc (cao,

le bois, tchu, qui pleure) fut découvert par les Européens. Les populations amérindiennes

utilisaient ce matériau ancestral pour la fabrication d’objets variés de leur quotidien. Les

naturalistes Charles Marie de La Condamine et François Fresneau de la Gataudière firent la

première description scientifique du caoutchouc en 1736. En 1770, un chimiste anglais,

Jacques Charles, découvre l’ancêtre de la gomme, le caoutchouc efface l’encre. Les décou-

vertes concernant ce nouveau matériau se sont succédées au XIXème siècle.




Les premiers plastiques, avant d’être des matériaux de synthèse, étaient issus de matières naturelles comme la cellulose ou la caséine de lait.

Le celluloïd, à base de cellulose issue du bois ou du coton a été mis au point par les frères Hyatt en aux Etats-Unis. En réponse à un concours, les deux frères avaient mis au point un matériau capable de remplacer l’ivoire, devenue rare et chère, des boules de billard. Le celluloïd, solide, léger, malléable, offrant des possibilités de larges gammes de couleurs et de formes, s’est rapidement étendu à d’autres applications. Il a été utilisé pour les cols et poignets de chemises, les touches de claviers, les films photographiques. Il est aujourd’hui encore utilisé pour la fabrication de balles de ping-pong.



La viscose fut inventée par Hilaire de Chardonnet en . Le procédé de synthèse fut élaboré en réponse à une importante pénurie de soie. La cellulose du bois subit une première réaction chimique à la soude, puis une extrusion. La viscose peut être transformé en fil – la rayonne – étirée en feuille très fine – la cellophane – ou expansée – les éponges dites végétales.

Enfin, la caséine du lait fut utilisée pour faire un matériau plas-tique nommé galalithe. Le brevet fut déposé en par l’ingénieur allemand Spitteler. Elle remplaça très vite l’écaille, la corne pour la fabrication de petits objets et accessoires.



Les premiers plastiques, avant d’être des matériaux de synthèse, étaient issus de matières naturelles comme la cellulose ou la caséine de lait.

Le celluloïd, à base de cellulose issue du bois ou du coton a été mis au point par les frères Hyatt en aux Etats-Unis. En réponse à un concours, les deux frères avaient mis au point un matériau capable de remplacer l’ivoire, devenue rare et chère, des boules de billard. Le celluloïd, solide, léger, malléable, offrant des possibilités de larges gammes de couleurs et de formes, s’est rapidement étendu à d’autres applications. Il a été utilisé pour les cols et poignets de chemises, les touches de claviers, les films photographiques. Il est aujourd’hui encore utilisé pour la fabrication de balles de ping-pong.



Précurseur des matériaux de synthèse, la bakélite, résine formo-phénolique, fut inventée par un chimiste belge, Léo Baekeland, en . Cette matière entièrement synthétique se mettait en forme sous l’action de la chaleur et la gardait en durcissant. La bakélite fut très utilisée par l’industrie automo-bile, mais aussi pour la fabrication d’objets de la vie courante.



Précurseur des matériaux de synthèse, la bakélite, résine formo-phénolique, fut inventée par un chimiste belge, Léo Baekeland, en . Cette matière entièrement synthétique se mettait en forme sous l’action de la chaleur et la gardait en durcissant. La bakélite fut très utilisée par l’industrie automo-bile, mais aussi pour la fabrication d’objets de la vie courante.


Essor des polymères de synthèse

C’est à partir des années trente que l’usage des polymères se systématisa. L’effort de guerre de - affectait toute l’économie et l’industrie, la question des matériaux était un enjeu important. L’armement requièrait une collecte des métaux non ferreux. Chaque foyer triait et recyclait métaux, os, tissus, etc. au service de son pays. Il fallut alors chercher des ersatz ou de nouvelles matières et procedés de fabrication. La recherche s’accéléra en faveur des polymères.

Une meilleure accessibilité des ressources pétro-lières couplée aux progrès de la chimie, donna lieu à de nombreuses innovations en ce qui concerne les matières de synthèse. Les polymères issus du pétrole ont été inventés dans les années trente, notamment le polystyrène, les acryliques, le chlorure de polyvinyle (PVC). A ces avancées chimiques s’est ajouté un progrès technologique considérable, en particulier le perfectionnement de machines indus-trielles. Ceci a permis la fabrication en série et à faible coût de nombreux objets. Ce phénomène prit son essor entre deux guerres, pendant et après la seconde guerre mondiale, le plastique envahit les espaces domestiques (Formica, vaisselle en formal-déhyde, fibres synthétiques, etc.).

Les multiples possibilités qu’offrent ces matières plastiques leur assurèrent un succès auprès des industriels, des designers et des particuliers. Ce succès dure encore aujourd’hui, néanmoins obscurci par les chocs pétroliers (, , ) et la prise de conscience de l’impact de sa production sur l’environnement et la santé.

Polymérisation du chlorure de vinyle, Henri Victor Regnault France

Vulcanisation du caout-chouc naturel par le soufre, Charles GoodyearEtats-Unis

Parkésine, matière plastique de synthèse isuue de la cellulose, Alexander ParkesAngleterre

Celluloïd, issue de nitrattion de cellulose du bois), Les frères HyattEtats-Unis

Viscose, par dissolu-tion de l’acétate de cellulose dans le chloroforme, Hilaire de ChardonnetFrance

«Pierre de lait», issue de la caséine du lait, Auguste Trillat, France

Galalithe, issue de la caséine du lait, Wilhelm Krishe et Adolf SpittelerAllemagne, Autriche

Résine formo-phéno-lique (Bakélite), issue de nitrattion de cellulose du bois), Léo BaekelandBelgique

Caoutchouc de synthèse, obtenus par polymèrisa-tion, Fritz HofmannAllemagne

Cellophane, Jacques BrandenbergerSuisse

Notion de macro moélcule, polyméri-sation de mono-mères éthylénique, Hermann StaudigerAllemagne

Résines époxyde, Paul SchlackAllemagne

Production indus-trielle du polychlo-rure de vinyle (PVC)Allemagne

Polyméthacrylate de méthyle (plexiglas) Allemagne

Polyéthylène basse densité (PEBD ou LDPE), Eric Fawcette, Reginald Gibson, Angleterre

Polyamides (PA), connu sous le nom de nylon, Wallace Hume Carothers Etats-Unis

Fibre synthétique ultra performante, et polystyrèneEtats-Unis, Allemange

Rhodoïd, issu de l’acétate de cellulose S. Rhône-PoulencFrance

Polyuréthane ou polycar-bamate, Otto BayerAllemagne

Polytétrafluoroé-thylène (PTFE, Téflon) Roy PlukettEtats-Unis

Apogée du FormicaSilicone, JF Hyde, Etats-UnisPolytéréphtalate d’éthylène (PET, PETE), John Rex Whinfield, James Tennant Dickson, Angleterre

Synthèse des p r e m i e r s copolymères du polystyrène

Polycarbonate (PC), Botten-bruch, Krimm, Schnell, AllemagnePolyéthylène haute densité -PEHD, densité ,) Karl Ziegler, Allemagne

P o l y p r o p y l è n e isotactique (PP ou PPi), Giulio Natta , Italie

PEHD par polymérisation sous basse pression de l'éthylène, S. Phillips Petroleum, Etats-Unis

Commercialisation de l'Estane, polyuréthane thermoplastique, BF Goodrich, Etats-Unis

« Super-nylon », Kevlar, Stephanie Kwolek et Herbert Blades , Etats-Unis

’

Terpolymère ABS remplace les résines « mélamine-formol ».

LES POLYMERES

Les polymères, du grec pollus, plusieurs et meros, parties, sont du point de vue de leur structure moléculaire un enchainement d’un même motif appelé monomère. Les monomères reliés entre eux par des liaisons de type covalente.

CH

ClC

H

HCH

HCCl

HPOLYMERISATION

Exemple : monomère du chlorure de Vinyle

Il existe plusieurs types de polymères dont les structures variées leur confèrent des propriétés différentes. D’origine naturelle ou de synthèse (issues du gaz ou du pétrole) les polymères se distinguent en quatre grandes familles : les thermoplastiques, thermodurcissables, les élas-tomères et les élastomères thermoplastiques.

Du pétrole au plastique

Obtention des monomères La matière première utilisée pour la fabrication des plastiques de synthèse est extraite dans les couches profondes de la croûte terrestre. Grace à des forages, la matière est puisée des gisements, puis acheminée vers des raffineries pétrolières par oléoduc et gazoduc.

En raffinerie, le pétrole subit une distillation atmosphérique. Il est chauffé à °C, les vapeurs émanantes sont dirigées vers une colonne de distillation.

Les résultats obtenus par distillation sont satu-rés, c’est-à-dire que la taille des molécules obtenues est trop longue, il faut les fractionner par vapocraquage. Il s’agit d’un processus chimique

de craquage des molécules en fragments plus courts. Ces opérations complexes s’effectuent à une température de °C, à une pression atmosphérique de bar. litres à litres d’eau sont nécessaires au craquage d’une tonne d’hydrocarbure. Le mélange obtenu est de nouveau distillé, cette fois ci à une température de -°C.

20°C

150°C

200°C

300°C

370°C

400°C

GAZ (PROPANE/BUTANE)

PETROCHIMIE (PLASTIQUE)

ESSENCE

KEROSENE

GAZOLE

FIOULS LOURDS / BITUME

n


Les monomères issus du vapo-craquage sont polymérisés, c’est-à-dire qu’ils subissent des réactions chimiques com-plexes avant d’acquérir leur structure de polymère. Il existe deux grands types de réactions : la polymérisation en chaîne (polyaddition, pour créer le polyéthylène, le propylène ou le polystyrène) et la polymérisation par étapes (polycondensation, pour le polyéthylène téréphtalate par exemple).

LES POLYMERES

CHLORURE DE SODIUM

PETROLE BRUT GAZ NATUREL

Electrolyse

DICHLORE

Réacteur

MONOCHLORUREDE VINYLE

Polymérisation

Raffinage

NAPHTA

Vapocraquage

ETHYLENE Réacteur

BENZENE

STYRENE

PROPYLENE

POLYETHYLENE POLYSTYRENE POLYPROPYLENEPVC

Polymérisation Polymérisation Polymérisation

DE VINYLE


Les monomères issus du vapo-craquage sont polymérisés, c’est-à-dire qu’ils subissent des réactions chimiques com-plexes avant d’acquérir leur structure de polymère. Il existe deux grands types de réactions : la polymérisation en chaîne (polyaddition, pour créer le polyéthylène, le propylène ou le polystyrène) et la polymérisation par étapes (polycondensation, pour le polyéthylène téréphtalate par exemple).

LES POLYMERES

CHLORURE DE SODIUM

PETROLE BRUT GAZ NATUREL

Electrolyse

DICHLORE

Réacteur

MONOCHLORUREDE VINYLE

Polymérisation

Raffinage

NAPHTA

Vapocraquage

ETHYLENE Réacteur

BENZENE

STYRENE

PROPYLENE

POLYETHYLENE POLYSTYRENE POLYPROPYLENEPVC

Polymérisation Polymérisation Polymérisation

DE VINYLE

Les polymères

Les macromolécules obtenues, soit à partir d’un seul monomère (homopolymère comme le polyé-thylène ou le polystyrène), soit à partir de plusieurs monomères (copolymères) sont des chaînes de monomères. Pour les copolymères, les monomères peuvent être rangés de manière alternée, en bloc ou statistique.

LES POLYMERES

Il arrive que les chaînes de polymères forment entre elles des liaisons covalentes. Il s’agit de réseau macromoléculaire ou de gel.

De manière générale, les polymères sont les matériaux souples (avec un module de Young faible, inférieur à GPa), légers (masse volumique inférieure à kg/m), et isolants électriques et thermiques.

alteernéee, en ue. istiqustatiou sbloc n b

Il ararrivee que e pos deaîneschales e

COPOLYMERE ALTERNE

COPOLYMERE A BLOCS

COPOLYMERE STATISTIQUE

test de déformation

test de chauffage

THERMOPLATIQUE

test de densité

test de Belstein

test du solvant

test du pH

test de combustion

POLYURETHANE

ELASTOMERE

THERMODURCISSABLE

POLYETHYLENE

POLYCHLORURE DE VINYLE

POLYSTYRENE

POLYAMIDEACETATE DE CELLULOSE

POLYACRYLIQUESILICONE

tirer sur l’échantillon

chauffer l’échantillonau bec Bunsen

plonger l’échantillon dans l’eau

identification dela présence de chlore

solubilité dans l’acétone

mesure du pH des vapeursissues du polymère chauffé

facilité de la combustion

POLYPROPYLENE

matériau souple

matériau dégradé

l’échantillon flotte

flamme verte

soluble

pH < pH >

avec fumées

sans fumées

fumée blanche+ croute de silice

ECHANTILLON

matériau ramolli

l’échantillon coule

non soluble

Classification et reconnaissance des polymères

LES POLYMERES


Les matières thermoplastiques, ou, par abus de langage les thermoplastiques ont des struc-tures moléculaire en chaîne, à la différence des thermodurcissables, en réseau.

L’enchevêtrement des chaînes assure la cohé-sion du matériau. Les thermoplastiques ont la particularité de se ramollir sous l’action de la chaleur et de se figer de nouveau par refroidis-sement. Ils sont formables à chaud, et une fois moulés, ils peuvent être chauffés pour une nouvelle mise en forme. Ceci les rend potentiel-lement recyclables.

Forte mobilité des chaînes

Faible mobilité des chaînes

ductilité

fragilité

Températuremo

dule

d’you

ng CAOUTCHOUTIQUE FLUIDE

RIGIDE

Tg Tf

limite visco-élastique

température de transition vitreuse point de fusion

MODULE D’YOUNG, ou module d’élasticité est une grandeur qui lie la contrainte (σ) à la déformation (ε). Un module d’Young très élevé est dit rigide.

E = σ/ε (en pascal)

LES POLYMERES


Les matières thermoplastiques, ou, par abus de langage les thermoplastiques ont des struc-tures moléculaire en chaîne, à la différence des thermodurcissables, en réseau.

L’enchevêtrement des chaînes assure la cohé-sion du matériau. Les thermoplastiques ont la particularité de se ramollir sous l’action de la chaleur et de se figer de nouveau par refroidis-sement. Ils sont formables à chaud, et une fois moulés, ils peuvent être chauffés pour une nouvelle mise en forme. Ceci les rend potentiel-lement recyclables.

Forte mobilité des chaînes

Faible mobilité des chaînes

ductilité

fragilité

Température

modu

le d’y

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CAOUTCHOUTIQUE FLUIDE

RIGIDE

Tg Tf

limite visco-élastique

température de transition vitreuse point de fusion

MODULE D’YOUNG, ou module d’élasticité est une grandeur qui lie la contrainte (σ) à la déformation (ε). Un module d’Young très élevé est dit rigide.

E = σ/ε (en pascal)

EFTE

PC

PE

PVC

PMMA

PP

PS

PTFE

Ethyl Tetra Fluoro Ethylène

Polycarbonate

Polyéthylène

Chlorure de Polyvinyle

Méthacrylate de polyméthyle

Polypropylène

Polystyrène

Polytétrafluoroéthylène

Sigle Nom du polymère

membrane gonflables, transparentes

Verres organiques

Tuyaux, mousses isolantes, joints, cables

Menuiseries, isolants éléctriques, membranes d’étanchéité, tuyaux, toiles

Bardages, parois translucides

Moquettes

Tuyaux, profilés, isolants

Membranes gonflables

Tg (°C) Tf (°C)masse

spécifiqueg/cm

moduled’Young

Gparésistanceen traction

MpaAllongementà la rupture

%

-

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Conductivitéthermique

W·m-·K-

Procédé de mise en forme

La diversité des polymères se traduit par une diversité de procédés de mise en forme. Les propriétés différentes des matériaux et la diversité des résultats escomptés induisent une multitude de méthodes de mise en œuvre. Commençons par détailler la mise en forme des thermoplastiques.

L’EXTRUSION | La matière première plastique est introduite dans un cylindre chauffé et travaillé et poussé par une tige filetée. En bout de cylindre, le plastique passe par une section profilée qui détermine sa forme finale. Cette machine permet de former des pièces de grande longueur à redécouper comme des tuyaux, gouttières, câblages etc.

LES POLYMERES

LE CALADRAGE | Le calandage est un procédé de laminage pour la production de feuilles ou de plaques. Dans le bâtiment, il sert à fabri-quer les sols souples ou encore les membranes pour structures gonflables.

L’ENDUCTION | Le procédé d’enduction consiste à déposer une fine couche d’une résine polymère sur un support. Il est utilisé notamment pour la fabrication de textile technique (gans, combinaison), pour protéger l’acier des bardages, etc.

LE ROTOMOULAGE | Le rotomoulage permet de concevoir des pièces creuses en une seule pièce. C’est un procédé de moulage dans un moule creux fermé, par rotation. Ainsi, il est possible d’obtenir des cuves, des ballons, des réservoirs.

Les méthodes de mise en œuvre des thermodurcissables diffèrent : stratification, contact et projection, pultrusion sont autant de procédés que nous ne détaillerons pas dans ce travail de recherche.

L’INJECTION | Le procédé est comparable à celui de l’extrusion, le plastique est chauffé et poussé dans un cylindre pourvu d’une vis qui conduit une certaine quantité de matière dans un moule en sortie de cylindre. Les pièces sont ainsi moulées en une seule opération.

TREMIE >TREMIE >TREMIE >TREMIE > VIS> FILIERE > DECOUPE

TREMIE > VIS> MOULE

, des ballons, des réservoirs. , des ballons, des réservoirs.

CHARGEMENT > ROTATION > REFROIDISSEMENT > DEMOULAGE

Procédé de mise en forme

La diversité des polymères se traduit par une diversité de procédés de mise en forme. Les propriétés différentes des matériaux et la diversité des résultats escomptés induisent une multitude de méthodes de mise en œuvre. Commençons par détailler la mise en forme des thermoplastiques.

L’EXTRUSION | La matière première plastique est introduite dans un cylindre chauffé et travaillé et poussé par une tige filetée. En bout de cylindre, le plastique passe par une section profilée qui détermine sa forme finale. Cette machine permet de former des pièces de grande longueur à redécouper comme des tuyaux, gouttières, câblages etc.

LES POLYMERES

LE CALADRAGE | Le calandage est un procédé de laminage pour la production de feuilles ou de plaques. Dans le bâtiment, il sert à fabri-quer les sols souples ou encore les membranes pour structures gonflables.

L’ENDUCTION | Le procédé d’enduction consiste à déposer une fine couche d’une résine polymère sur un support. Il est utilisé notamment pour la fabrication de textile technique (gans, combinaison), pour protéger l’acier des bardages, etc.

LE ROTOMOULAGE | Le rotomoulage permet de concevoir des pièces creuses en une seule pièce. C’est un procédé de moulage dans un moule creux fermé, par rotation. Ainsi, il est possible d’obtenir des cuves, des ballons, des réservoirs.

Les méthodes de mise en œuvre des thermodurcissables diffèrent : stratification, contact et projection, pultrusion sont autant de procédés que nous ne détaillerons pas dans ce travail de recherche.

L’INJECTION | Le procédé est comparable à celui de l’extrusion, le plastique est chauffé et poussé dans un cylindre pourvu d’une vis qui conduit une certaine quantité de matière dans un moule en sortie de cylindre. Les pièces sont ainsi moulées en une seule opération.

TREMIE >TREMIE >TREMIE >TREMIE > VIS> FILIERE > DECOUPE

TREMIE > VIS> MOULE

, des ballons, des réservoirs. , des ballons, des réservoirs.

CHARGEMENT > ROTATION > REFROIDISSEMENT > DEMOULAGE

Les années 70 sont une période creuse pour

la question de recyclage, c’est pourquoi des

militants en faveur de l’environnement font

naitre un logo pour distinguer les produits

recyclables dans la grande consommation.

En 1975, les collectivités locales sont en

charges de la collecte et l’élimination des

déchets ménagers.

En 1992, une loi voit le jour pour valoriser les

déchets par le recyclage ou compostage en

vue d’une réutilisation ou production d’éner-

gie. C’est à partir de la que naissent réelle-

ment la filière de recyclage en France. Le label

« éco-emballage » est crée pour le verre,

l’acier, l’aluminium et certains plastiques.

Depuis 2007, le recyclage des déchets est

devenu une question européenne, avec une

législation plus élaborée, faisant suite à dif-

férentes directives Européennes prises de-

puis les années 2000 ( notamment en ce

qui concerne l’incinération de déchets dan-

gereux, la mise en décharge, les substances

nocives à la couche d’ozone).

HISTOIRE DU RECYCLAGE

Si le recyclage se pratique depuis l’âge de bronze,

il a connu des évolutions non linéaires, et des pé-

riodes plus ou moins fastes. « Faire du neuf avec du

vieux » n’est pas une idée nouvelle. Les matériaux

les plus recyclés dans l’histoire sont les métaux,

les chiffons/papier/carton, verres et céramiques.

En France, suite à de grandes épidémies urbaines

à la Renaissance, les premiers systèmes de col-

lectes d’ordures ménagères en ville sont mis en

place par François 1er. Des dépotoirs se forment en

périphérie des villes, certains sont toujours lisibles

dans le paysage (les buttes Chaumont à Paris en

sont l’exemple). Ce système prend de l’ampleur à

la fin du XIXe siècle, parallèlement à d’importantes

découvertes scientifiques (Pasteur).

En 1883, le préfet de la Seine, Eugène Poubelle

oblige dans un arrêté les propriétaires parisiens

à fournir un récipient pour la collecte des déchets

ménagers à leurs locataires. Précurseur, il envi-

sageait de séparer cette collecte en trois réci-

pients : matières organiques, papiers et chiffons,

verres et céramiques. Ce tri ne vit le jour qu’au

XXe siécle.

La seconde guerre mondiale fut une période

exemplaire en matière de recyclage. Il a fallu

malheureusement une période de crise et de

grande pénurie pour réaliser que le recyclage

pouvait être une ressource importante de matière

première. Tout est mis en place pour la collecte

et le recyclage destiné à l’effort de guerre.


La collecte des déchets se fait par différents moyens : bennes communales, déchèteries, apport volontaire, collecte traditionnelle. Les particuliers peuvent participer au tri de ces déchets afin d’en faciliter le recyclage et dimi-nuer la part de déchet résiduels. La quantité de déchet s’élève à kg par an et par habitant en France (ADEME). La part des déchets résiduels ne cesse de décroitre, chaque année, grâce au développement des systèmes de tri et les campagnes de sensibi-lisation auprès des usagers.

Les déchets peuvent être séparés grâce à différents bacs de collectes individuels ou collectifs : le bac jaune (pour les déchets papier, carton, plastique « dur »), bac vert (déchets organiques ou végétaux), le bac blanc

(pour le verre), et enfin la poubelle classique, récupérant tout ce qui n’a pu être trié. Certains déchets comme les pneus, les piles, les déchets hospitaliers, etc. sont soumis à un traitement particulier : les filières dédiées.

Les déchets sont acheminés par transports routier et/ou ferroviaire, soit directement vers une centrale de traitement, soit en passant par une installation intermédiaire qui regroupe les déchets dans un véhicule de plus grande capacité avant de l’acheminer vers une centrale de tri.

Le carton-papierLes déchets sont acheminés vers un centre de tri afin de séparer l’acier, l’aluminium, le papier et carton, la brique alimentaire, le plas-tique opaque et transparent. Les déchets une fois séparés sont mis en balles puis traités par des filières spécifiques.

. Pesée du camion benne . Réception des déchets . Tri automatique. Le courant de Foucauld permet d’envoyer directement l’aluminium vers la presse. L’électro aimant permet de séparer l’acier . Le tri manuel : % des déchets sont refusés et sont ache-minés vers un centre de valorisation . Les matériaux sont conditionnés en balles .Expédition vers une centrale de recyclage


La collecte des déchets se fait par différents moyens : bennes communales, déchèteries, apport volontaire, collecte traditionnelle. Les particuliers peuvent participer au tri de ces déchets afin d’en faciliter le recyclage et dimi-nuer la part de déchet résiduels. La quantité de déchet s’élève à kg par an et par habitant en France (ADEME). La part des déchets résiduels ne cesse de décroitre, chaque année, grâce au développement des systèmes de tri et les campagnes de sensibi-lisation auprès des usagers.

Les déchets peuvent être séparés grâce à différents bacs de collectes individuels ou collectifs : le bac jaune (pour les déchets papier, carton, plastique « dur »), bac vert (déchets organiques ou végétaux), le bac blanc

(pour le verre), et enfin la poubelle classique, récupérant tout ce qui n’a pu être trié. Certains déchets comme les pneus, les piles, les déchets hospitaliers, etc. sont soumis à un traitement particulier : les filières dédiées.

Les déchets sont acheminés par transports routier et/ou ferroviaire, soit directement vers une centrale de traitement, soit en passant par une installation intermédiaire qui regroupe les déchets dans un véhicule de plus grande capacité avant de l’acheminer vers une centrale de tri.

Le carton-papierLes déchets sont acheminés vers un centre de tri afin de séparer l’acier, l’aluminium, le papier et carton, la brique alimentaire, le plas-tique opaque et transparent. Les déchets une fois séparés sont mis en balles puis traités par des filières spécifiques.

. Pesée du camion benne . Réception des déchets . Tri automatique. Le courant de Foucauld permet d’envoyer directement l’aluminium vers la presse. L’électro aimant permet de séparer l’acier . Le tri manuel : % des déchets sont refusés et sont ache-minés vers un centre de valorisation . Les matériaux sont conditionnés en balles .Expédition vers une centrale de recyclage

Les biodéchets

Les biodéchets regroupent les déchets organiques (dé-

chets de cuisine, par exemple) et les déchets verts (issus

du jardin), ils représentent près de 30% des déchets.

Leur valorisation biologique permet d’une part de réduire

la part résiduelle de déchets, mais aussi d’éviter des

émissions de gaz à effet de serre dues à leur dégradation

naturelle. Leur valorisation peut se faire par compostage

ou par méthanisation, après qu’ils aient été triés.

Compostage : Les déchets ménagers verts sont d’abord

broyés, puis fermentés (humidité et air), criblés et affi-

nés. Ils passent ensuite un mois en casier de matura-

tion, puis sont commercialisés (après avoir passés des

tests).

Méthanisation : ce procèdé est surtout employé pour

le traitement des déchets verts. La matière passe par

un digesteur. Elle est ensuite testée et approuvée avant

d’être commercialisée pour les espaces agricoles.

Les autres déchets

Les déchets non triés par l’usager directement sont col-

lectés dans la poubelle noire (ou verte selon les collec-

tivités), et sont acheminés vers un centre de traitement

des déchets.


Ils sont déposés dans une première fosse, dans laquelle

ils sont brassés par un grapin. Ils sont divisés en deux

par une trémie : les déchets secs sont séparés des dé-

chets dits «humides». Les déchets secs sont stockés

dans une deuxième fosse, d’où ils seront acheminés en

vue d’une valorisation énergétique. Les fumées sont trai-

tées par des procesus complexes et testées par diffé-

rents organismes. Les résidus de combustion, appellés

machefers, sont utilisés pour les sous-couches de voirie

(une fois privés des métaux présents).

Les déchets humides vont en unité de stabilisation bio-

logique. La stabilisation consiste à entreposer dans cer-

taines conditions de température et d’humidité la matière,

et de faire évaporer sa masse organique. On observe

alors une baisse importante de son volume et son odeur,

ce n’est qu’ensuite que la matière est enfouie.

Le cas des plastiques «mous»

Les plastiques sont généralement triés et recylclés dans

le bac jaune. Ce n’est pas le cas des plastiques «mous»

que sont les plastiques d’emballages. Ils subissent ac-

tuellement le même sort que les déchets irréductibles de

la poubelle noire.


Les parties précédentes nous permettent de dire que :

- le plastique connait un succès croissant depuis les premières découvertes. La

demande des plasturgistes européens s’éleve à 46,4 millions de tonnes (pour

l’année 2010, source : PlasticsEurope Market Reasearch Group). Les secteurs

d’utlisiations sont l’emballage, avec 39% de la demande totale, suivi par le BTP

et l’automobile. Les emballages sont pricipalement des plastiques «mous», le

sac plastique est l’un de ses représentant majoritaire.

46,4 Mtonnes

- les plastiques d’emballages ne sont pas recyclés comme le sont d’autres plastiques, directement triés par l’utilisateur.

- Selon le centre de tri Valtom, Vernéa, centre de tri et de valorisation en Auvergne, les plastiques d’emballage mous sont

triables mécaniquement.

- Malgré les efforts des grandes surfaces, qui sont passées de 10 milliards de sacs plastiques distribués à 700 millions

entre 2002 et 2011, 5 millards sont encore distribués aujourd’hui (selon le Ministère de l’Ecologie, du Développement

durable et de l’Energie).

- Bien que les déchets non recyclés participent à la production d’énérgie (et ce n’est pas le cas de tous puisque, toujours

selon le ministère, en 2012, les déchets ménagers sont : recyclés ou réutilisés à 56%, valorisés énergétiquement à 13%,

éliminés (soit incinérés sans être valorisés, soit enfouis) à 31%), la volonté est bien de diminuer la part des déchets non

recylclés, d’ici à 2020 les objectifs sont déjà definis par le ministère et l’ADEME : -10% de déchets ménagers, et 60%

minimum de recyclage sur l’ensemble des déchets ménagers. Ségolaine Royale affirme également vouloir «mettre fin à l’uti-

lisation de sacs plastiques non réutilisables à compter du 1er janvier 2016». (La part de déchet d’emballages mous sera

réduite, mais pas supprimée).


Fabrication du sac plastique Les sacs plastiques sont fabriqués à partir de granules de polyéthylène (Photo 1). Les granules sont chauffés à 180°C,

lorsqu’ils fondent, la matière obtenue est soufflée (Photo 3) et forme un tube d’un diamètre d’environ 50 cm et de plusieurs

métres de haut de film de polyéthylène. La matière refroidit graduellement le long du tube, arrivée en haut, elle prend un aspect

solide mais souple. Au sommet, le film est pris dans des rouleaux successifs, travaillé, puis enroulé et sectionné.

Chaque rouleau est acheminé vers un autre département, où il est faconné (impression sur la matière, découpe, soudure sur

les plis), il est ensuite prêt à rejoindre la grande distribution. (Pour exemple un rouleau de 160kg peut permettre de produire

environ 35 000 sacs)

Photo 1 : Granules de polyéthylène Photo 2 : Chaine de production des sacs Photo 3 : tube de film plastique

tube de film rouleau conditionnement

Pour conclure, le polyéthylène est :

- un déchet non recylcé

- un déchet pouvant être recyclé

- un déchet aujourd’hui incinéré ou enfoui (s’il est collecté, car il est

aussi souvent abandonné dans la nature, porté par le vent dans les

cours d’eau, les mers, ou les végétaux).

- peu intéressant dans le cadre d’une valorisation énérgétique,

puisque sa masse est très faible (et le sac plastique devient négli-

geable par rapport à la quantité de déchet incinéré - déchets ména-

gers plus encombrants).

- en voie de se faire remplacer par des polymères biosourcés ?

Les débats sont en cours sur ce sujet. Il semblerait que les sacs bio-

sourcés présentent l’avantage d’être composés de polymères végé-

taux mais que la quantité d’énérgie fournie pour les produire ne pré-

sente pas une réelle économie. De plus, ils ne sont pas recyclables,

mais dégradables.

- sous forme de sac d’emballage, il est souvent additionné d’adju-

vants pour limiter sa durée de vie (en accelérant sa décomposition)

ou pour lui donner une coloration.

La question pourrait être : Comment valoriser ces sacs de polyéthyène

(sans s’occuper du cas de ses substituts qui s’avèrent peu écolo-

giques) ?


PARENTHESE ILLUSTREE

PLASTIQUES (RECYCLES OU NON) ET ARCHITECTURE

Jean Nouvel, Pavillon de la serpentine gallery, Londres, AngleterreLikearchitects, Bar temporaire, Porto, Portugal

Zaha Hadid, Lilas, Londres, AngleterreFlorian Nagler Architekten, Maison et atelier Lang-Kroll

Christelle Chalumeaux, Extension et réhabilitation d’une maison, Colombes, FranceKengo Kuma & Associates, Parque de Ceramicas Mino, Tajimi, Japon

FAR frohn & rojas - maison wall, Santiago du ChiliDayDreamers, lantern pavillon, Hong-Hong *

Ghigos, Fast Architecture *Filip Jonker & Michel de Wit, pavillon en plastque, Enschede, Hollande *

Ingrid Vaca Diez, maison, Santa Cruz, Californie *Peter Lewis, Brique de plastique compréssé *

Pavé Gevalor, Lomé, Togo **Polli-Brique, paroie alvéolaires, Taipei, Chine **

* recyclage par réusage du plastique** recyclage par transformation chimique

Jean NouvelPAVILLON DE LA SERPENTINE GALLERYLONDRES, ANGLETERREPOLYCARBONATE ALVEOLAIRE ROUGE

LikearchitectsBAR TEMPORAIRE PORTO, PORTUGALPOLYETHYLENE

LikearchitectsBAR TEMPORAIRE PORTO, PORTUGALPOLYETHYLENE

Zaha HadidLILASLONDRES, ANGLETERREPVC ELASTIQUE, PLEXIGLAS

PVC ELASTIQUE

PLEXIGLAS

Florian Nagler Architekten MAISON ET ATELIER LANG-KROLLGLEISSENBERG, ALLEMAGNEDOUBLE MUR EN POLYCARDONATE TRANSPARENT

Florian Nagler Architekten MAISON ET ATELIER LANG-KROLLGLEISSENBERG, ALLEMAGNEDOUBLE MUR EN POLYCARDONATE TRANSPARENT

Christelle ChalumeauxEXTENSION ET REHABILITATION D’UNE MAISONCOLOMBES, FRANCEMOUSSE POLYURETHANE

Kengo Kuma & AssociatesMAISON DE THE ORIBE PARQUE DE CERAMICAS MINO, TAJIMI, JAPONPOLYCARBONATE ONDULE

Kengo Kuma & AssociatesMAISON DE THE ORIBE PARQUE DE CERAMICAS MINO, TAJIMI, JAPONPOLYCARBONATE ONDULE

FAR frohn & rojasMAISON WALLSANTIAGO DU CHILI, CHILIPOLYCARBONATE ET TOILE TEXTILE

DayDreamersLANTERN PAVILLON HONG-KONG, CHINEBOUTEILLES D’EAU RECYCLEES

GhigosFAST ARCHITECTUREMILAN, ITALIEJERRICANS

Filip Jonker & Michel de WitPAVILLON EN PLASTQUEENSCHEDE, HOLLANDEBOUTEILLES EN PLASTIQUE COMPRIMEES

Ingrid Vaca DiezMAISONSANTA CRUZ, CALIFORNIEMUR EN BOUTEILLES PLASTIQUES

Peter LewisBRIQUE DE PLASTIQUEPLASTIQUE «MOUS»

GevalorPAVE

LOME, TOGOSACS PLASTIQUES

POLLI-BRIQUEPAROIE ALVEOLAIRESTAIPEI, CHINETHERMOPLASTIQUE RECYCLE

PROBLEMATIQUE

A partir du constat d’un impact environnemental et sanitaire mondial préoccupant et de l’absence de recyclage d’un déchet pourtant abondant, ce travail de recherche prend le plastique dit mou comme matière première.

Ressource illimitée, le sac plastique de polyéthylène (PEBD et PEHD) est produit chaque jour dans le monde entier. Il est techniquement possible de le différentier des autres déchets résiduels par tri mécanique (selon la centrale de tri du VALTOM, avril ). L’entreprise Michelin commence par ailleurs à s’intéresser à ce déchet, potentiellement valorisable pour son industrie. Depuis quelques années certaines centrales de tri ont expérimenté un tri mécanique du polyéthylène.

COMMENT VALORISER EN ARCHITECTURE UNE MATIERE PLASTIQUE ABONDANTE ET NON-RECYCLEE ?

DECHET ABONDANTnuisances sanitaires et environnementales

DECHET COLLECTABLEpotentiellement, par

tri mécanique

DECHET : POTENTIELléger, recyclable chimi-

quement, propriétés thermoplastiques

POLYETHYLENE //UNE RESSOURCE

REUSAGE

RECYLAGE réutilisation du déchet comme

matière première à de nouvelles transformations chimiques

Ce type de transformation réduit les propriétés du matériaux. De plus, il est nécessaire de réintroduire dans la filière de recyclage du polyéthylène de synthèse neuf afin de réduire la perte des propriétés, sollicitant l’industrie pétrolière et deman-dant la production de nouvelle matière.

STRUCTUREL

ISOLANT

Les plastiques «mous» ne possedent pas de réelles qualités structurelles

? ASSEMBLAGEtrois méthodes à tester :> thermocollage des sacs > empillement par couche> remplissage aléatoire de

la paroie

? MISE EN OEUVRE> recherche d’une forme

standardisée > assurer le maintien verticale d’une paroie

PROTOCOLE EXPERIMENTAL

Les expériences menées se déroulent en plusieurs phases :

- R8 : déterminer si le matériaux possède des propriétés isolantes.

Les échantillons sont construits de la maniière suivante : un cadre en bois d’une base de 15cmx15cm (h=5cm), rempli

de sacs plastiques et refermé de part et d’autre par deux feuilles de pare-vapeur. Pour le remplissage, j’ai choisi deux

types d’assemblage des sacs. Dans le premier cas, la brique est composée de sacs plastiques chiffonnés de manière

aléatoire; dans le second, les feuilles de plastiques sont positionnées en couches successives.

Les mesures se sont déroulées au laboratoire des Ponts et Chaussées, et ont consisté en la mesure des conductivités

thermiques des deux types d’échantillons.

- R9 : verifier la composition chimique du matériau et déterminer quelques unes de ses propriétés

Ces tests ont été réalisés par Sandrine Marceau et Sandrine Moscardelli au laboratoire de L’IFSTTAR. Ce sont des ana-

lyses complexes de la matière nécessitant un savoir-faire et un matériel spécifique.

- R9 : essais d’assemblages par thermocollage

Après avoir déterminé certaines propriétés du matériau, notamment ses températures caractèristiques, il est possible

de faire des tentatives de thermocollage des briques de plastique à des températures stratègiques.

- R9 : verifier le caractère isolant du matériaux après thermocollage

Il s’agit ensuite de verifier si les transformations des échantillons ont modifié leur conductivité thermique et leur masse.


Il s’agit de créer un panneau d’une épaisseur variable composée de sacs plastiques issus de la consommation ou de l’industrie.

Première étape : la collecteLa matière est collectée et stockée pendant l’année scolaire. Elle provient essentiellement de la consommation domestique et de déchets de chantier (solar decathlon).

Deuxième étape : le lavage et le séchage La matière ayant déjà eu un usage doit être lessi-vée pour être séparée d’éventuelle reliquat alimentaire ou gravas de chantier. La matière doit être sèche avant d’être expérimentée.

L’assemblageLe but est de trouver une méthode d’assemblage du panneau satisfaisante au regard des qualités thermiques requises pour être un isolant et permettre à celui-ci un maintien en position verti-cale. Plusieurs panneaux de chaque assemblage seront réalisés pour permettre une série de mesures au laboratoire des ponts et chaussées (notamment la mesure du lambda).

LE SAC PLASTIQUE AU SERVICE DE L’ARCHITECTURE ?

EXPERIENCES

Echantillon Les premiers échantillons ont été assemblés par thermocollage. Les résultats ne paraissent pas satisfaisants. Les moyens déployés pour le thermocollage n’étaient pas suffisamment perfor-mants et l’échantillon obtenu semble dépourvu d’une quantité d’air suffisante. (images ci-contre)

Echantillon Les sacs plastiques sont assemblés par emplile-ment aléatoire dans un cadre. Ils sont maintenus de mar et d’autre par un pare-vapeur.

Echantillon Les sacs plastiques assemblés par empilement organisé en couche successives. Les couches sont maintenues entre deux couches de pare-va-peur.

Echantillon : thermocollage

| 1


Il s’agit de créer un panneau d’une épaisseur variable composée de sacs plastiques issus de la consommation ou de l’industrie.

Première étape : la collecteLa matière est collectée et stockée pendant l’année scolaire. Elle provient essentiellement de la consommation domestique et de déchets de chantier (solar decathlon).

Deuxième étape : le lavage et le séchage La matière ayant déjà eu un usage doit être lessi-vée pour être séparée d’éventuelle reliquat alimentaire ou gravas de chantier. La matière doit être sèche avant d’être expérimentée.

L’assemblageLe but est de trouver une méthode d’assemblage du panneau satisfaisante au regard des qualités thermiques requises pour être un isolant et permettre à celui-ci un maintien en position verti-cale. Plusieurs panneaux de chaque assemblage seront réalisés pour permettre une série de mesures au laboratoire des ponts et chaussées (notamment la mesure du lambda).

LE SAC PLASTIQUE AU SERVICE DE L’ARCHITECTURE ?

EXPERIENCES

Echantillon Les premiers échantillons ont été assemblés par thermocollage. Les résultats ne paraissent pas satisfaisants. Les moyens déployés pour le thermocollage n’étaient pas suffisamment perfor-mants et l’échantillon obtenu semble dépourvu d’une quantité d’air suffisante. (images ci-contre)

Echantillon Les sacs plastiques sont assemblés par emplile-ment aléatoire dans un cadre. Ils sont maintenus de mar et d’autre par un pare-vapeur.

Echantillon Les sacs plastiques assemblés par empilement organisé en couche successives. Les couches sont maintenues entre deux couches de pare-va-peur.

Echantillon : thermocollage


principe des échantillons

échantillons

échantillons

matière plastiquepare-vapeur

| 1

EXPERIENCES

Expérience : Mersure de la conductivité ther-mique λ

Afin de verifier si les échantillons crées peuvent être isolants, j’ai voulu mesurer leur conductivité thermique. Cette mesure se fait grace à une sonde, au laboratoire des Ponts et Chaussées.

La sonde est placée entre deux échantillons du même maté-riau. Dans un premier temps, on procède à une stabillisation de la température de l’échantillon.

courbe obtenue pour l’échantillon : λ = , W


stabillisation de la température dans l’échantillon

| 1

EXPERIENCES

Expérience : Mersure de la conductivité ther-mique λ

Afin de verifier si les échantillons crées peuvent être isolants, j’ai voulu mesurer leur conductivité thermique. Cette mesure se fait grace à une sonde, au laboratoire des Ponts et Chaussées.

La sonde est placée entre deux échantillons du même maté-riau. Dans un premier temps, on procède à une stabillisation de la température de l’échantillon.



stabillisation de la température dans l’échantillon

Résultats des premières expériences

Observation :On remarque que les conductivi-tés thermiques obtenues sont du même ordre de grandeur que les valeurs des isolants existants.

Conclusion : les échantillons

crées et formés de sacs plas-

tiques possèdent de bonnes

propriétés isolantes. La préci-

sion des mesures ne permet pas

de conclure sur la différence de

propriétés entre les échantillons

#2 et #3.

échantillons mesure 1 mesure 2 mesure 3 moyenne valeur médianne

2 ALEATOIRE

0,038 0,041 0,040 0,039 0,040

3EN COUCHES

0,045 0,046 0,046 0,046 0,046

Exemple de détermination graphique de lambda : échantillon #3

Le conductivimètre donne l’évolution de la température en fonction du

temps. Ci dessous la courbe T°(°C) en fonction du temps.

Ci dessous la courbe T°(°C) en fonction du logarithme népérien du temps.

La pente de la courbe (dans la

zone linéaire) correspond a q/4

*π* λ*l . Avec q la puissance en

W, ici fixée à 0,1W, et l la longeur

du fil chaud, ici égale à 5 cm. No-

mons a le coefficient directeur de

la régression linéaire de la courbe

f(ln(t))=T°, alors :

λ = q / (4 *π* λ*l)

λ = 0,05 W/(mK)


Analyse de la matrère

Différentes series de mesures ont été réalisées au laboratoire de L’IFSTTAR par Sandrine Marceau et Sandrine Moscardelli. Il s’agit de déter-

miner les caractéristiques physico-chimiques de différents sacs plastiques, notamment leurs nature chimique et leurs témpératures caracté-

ristiques (point de fusion et température de dégradation). Pour cela, trois méthodes ont été employées : la spectrocopie infra-rouge, l’analyse

calorimétrique différentielle, et l’analyse thermogravimétrique.

Les échantillons ont été prélevés sur trois sacs plastiques de couleurs différentes, puis pour complèter l’analyse deux échantillons supplémen-

taires ont été prélevés sur un sac dit «écologique» en provenance de France, et sur un sac biodégradable et compostable provenant d’Italie.

1 - Analyse chimique par spectrocopie infra-rouge

Cette première expérience permet d’identifier la nature du polymère. Un rayonnement laser traverse l’échantillon, le spectre à la sortie de

l’échantillon permet d’identifier la présence de certaines liaisons chimiques par comparaison avec des tables de corrélation.

Ci-contre, l’appareil de mesure de spectrocopie infra-

rouge, et à droite, la courbe caratérisitique du polyéthy-

lène. (en abscisse le nombre d’ondes (cm-1 ) et en or-

donnée la transmitance (%)). Les spectres obetnus pour

nos cinq échantillons vont être comparés à des spectres

types, comme celui-ci pour identifier les types de liaisons

qui les composent.

Courbe obtenue à partir du sac transparent, très similaire à celle du sac bleu et du sac blanc. Ils présentent tout les trois un spectre caractèrisitque du Polyéthylène

Conclusion - 1 : les sacs sont bien consti-

tués de polyéthylène.

Courbe obtenue à partir du sac biodégradable..

Son spectre est plus complexe, il présente les

caractéristiques de l’amidon.

Conclusion - 1’ : le sac biodégradalbles est

constitué d’amidon.



2 - Analyse thermique par calorimétrie différentielle à balayage (DSC)

Cette série de mesures a pour but de déterminer la temérature de fusion et la température de transition vitreuse de chaque sac.

Le polyéthylène est un matériau semi-cristallin, c’est-à-dire que sa strcuture se compose d’une partie amorphe et d’une partie

cristaline. Un changement d’état du polymére correspond à une variation de la strcuture cristaline. Ce changement s’accompagne

d’une réaction endo ou exothermique. Il s’agit d’identifier sur les thermogrammes obenus un pic endo ou exothermique. Les expé-

riences ont été réalisées en chauffant l’échantillon entre -80°C et 180°C, il est connu que la température de transition vitreuse du

polyéthylène se situe autour de -11O°C et celle de l’amidon autour de -30°C, toutes ces réactions ne seront donc pas observées

au cours de ces expériences.

Thermogramme du sac bleu (flux de chaleur W/g en fonction de la température °C)Apparteil de mesure


Valeurs des températures de fusion mesurées

SAC BLEU SAC BLANC SAC TRANSPARENT SAC ECOLOGIQUE SAC BIODEGRADABLE

T°C FUSION (°C) 129 130 130 129 126

TAUX DE CRISTALINITE 46,3% 37,3% 48,2% 39,1% -

Conclusion - 2 : Les sacs en polyéthyléne, recylclés ou non, ont une température de fusion avoisinant 130°C. Le pic de fusion a

une amplitude d’envrion 40°C (entre 110°C et 150°C). C’est dans cet intervalle de température qu’il serait intéressant de réaliser

les expériences de thermocollage.

Thermogramme du sac en amidon (flux de chaleur W/g en fonction de la température °C)

Tg Tf


3 - Analyse thermogravimétrique (TGA)

Cette dernière mesure à pour but d’observer et quantifier les pertes de masses accompagnant un changement d’état physique et

de déterminer les températures de dégradation des différents composants.

Appareil de mesure

Variation de la masse en fonction

de la température Analyse thermique différentielle

450 - 500 °C

perte de masse

700 °C

2e perte de masseConclusion - 3

La dégradation du polyéthylène a lieu entre 450 et 500°C, une perte de masse suplémentaire est observée à 700°C. Elle peut

être attribuée à la dégradation des colorants présents dans le matériau.

EXPERIENCES | 2 - MISE EN OEUVRE

De nouvelles expériences Préparation de 10 nouveaux échantillons :

+ les échantillons fonctionnent par paires pour mesurer le lambda suite aux expériences

+ ils existent trois type d’échantillons : un vide, un rempli de sacs de manière aléatoire et chiffonnés, un rempli de maniére ordonnée en strates successives

+ les échantillons possèdent une masse de plastique constante : 40g

+ Les paires d’échantillons des trois types sont doublées pour permettre des mesures dans différentes conditions (variation de température)


10 échantillons pour une seconde série d’expériences


BRIQUE

# 1

thermocollage artisanal

# 2

remplissage aléatoire

# 3

remplissage par couches

# 2.1

# 2.2

# 3.1

# 3.2

# 2.1.a

# 2.1.a

# 2.1.a

# 2.1.a

# 2.1.a

# 2.1.a

# 2.1.a

# 2.1.a

BRIQUE 3 TYPES D’ECHANTILLONS DOUBLéS POUR TESTER

DIFFERENTES TEMPERA-

TURES DE THERMOCOLLAGE

DOUBLéS POUR

MESURER LA

CONDUCTIVITE

Numérotation des échantillons


Tests de thermocollage préalables

Afin d’évaluer la bonne température de thermocolage des briques, nous effectuons, toujours au laboratoire de l’IFSTTAR des tests

préalables de thermocollage sur des petits carrés de plastique d’environ 2 cm de cöté. Nous utilisons un four dans lequel nous pou-

vons contrôler précisément la température et le renouvellement de l’air. Muni d’un chronométre, nous essayons différents temps et

températures de chauffe en commençant par la température de fusion (pour rappel, Tf = 130°C).

TEST 1

130°C

20 minutes, en sortant

l’échantillon toutes les 2

minutes

OBS : les morceaux se

sont collés mais semblent

rigides et fragiles

DECISION

Augmenter la température

en diminuant le temps

TEST 2

150°C

2 minutes

OBS : les morceaux se sont

collés mais se sont consi-

dérablement dégradés

DECISION

Diminuer la température et

le temps

TEST 3

140°C

1 minute




DECISION

Repasser à 130°C en di-

munant le temps du test1

et en laissant chauffer

sans observer de coupure

TEST 4

130°C

10 minutes




DECISION

Diminuer le temps et faire

varier le paramétre d’aéra-

tion

TEST 5

130°C

5 minutes

Avec air


sont collés et leur consis-

tance semble satisfaisante

DECISION

Garder ces conditions pour

les tests sur les briques

TEST 6

130°C

5 minutes

Sans air


sont collés mais la matière

semble très dégradée



Tests de thermocollage des briques

Suite aux tests préalables nous avons choisi les conditions des deux tests pour les

briques de sacs plastiques :

- T1 = 130°C pendant 5 minutes

- T2 = 130°C pendant 10 minutes

Nous procédons à une pesée précise des échantillons avant et après le passage au four

pour mesurer une éventuelle perte de masse.

Nous procédons ensuite au chauffage des deux types d’échantillons dans les deux condi-

tions dans une étuve.

Mesure de conductivités thermiques

échantillons mesure 1 mesure 2 mesure 3 moyenne valeur médianne

2 a1a2 ALEATOIRE - 5MIN

0,037 0,041 0,041 0,039 0,041

3 a1a2EN COUCHES - 5MIN

0,038 0,037 0,039 0,038 0,038

2 b1b2ALEATOIRE - 10MIN

0,045 0,046 0,046 0,046 0,046

3 b1b2EN COUCHES - 10MIN

0,043 0,036 0,038 0,039 0,038

Après le thermocollage et avant l’ouverture des échantillons pour constaster le resultat physique du

thermocollage, j’ai procedé à de nouvelles mesures de la conductivité thermique pour chacun des types

d’échantillons.

Voici le tableau de valeurs obtenues :

Observations et interprétations

Les opérations de thermocollage ne semblent pas altérer le caractère isolant des échantillons. Cependant,

il est difficile d’interpreter les différences de conductivité thermique obtenue puisqu’elle peuvent être dues

à une marge d’erreur importante (liée au conditionnement dans les boites, aux mesures). Comme dans la

première serie de mesures, on peut en conclure que les sacs plastiques thermocollés et conditionnés en

brique possèdent de bonnes propriétés isolantes.

mise en place de la sonde entre deux échantillons identiques

la sonde est relié à un poste permettant la collecte des données

stabillisation de la température des échantillons

variation de la température en fonction du temps

Ouverture des échantillons

EChAnTiLLOnS ASSEmBLéS pAr COUChES

Au bout de 5 minutes, les soudures thermiques entre

les couches ne se sont pas faites.

Au bout de 10 minutes consecutives, les soudures thermiques se font. Le thermocollage est fragile puisque les points de soudure se font

seulement au niveau des bords des plaques.

Au bout de 5 minutes, les soudures thermiques entre

les couches ne se sont pas faites. Au bout de 10

minutes, la matière se tient.

EChAnTiLLOnS ASSEmBLéS DE mAniErE ALéATOirE

COnCLUSiOn DES EXpEriEnCES r9 ET nOUVEAUX QUESTiOnnEmEnTS

Les expériences réalisées à l’IFSTTAR ont permis :

- de s’assurer que les sacs courament utilisés sont en poyéthylène, un polymère possèdant une structure semi-cristaline

- de connaitre la température de transition vitreuse (Tg) avoisinant les -110°C,

- de déterminer la température de fusion (Tf). Elle est atteinte à 130°C, avec un pic observé entre 110°C et 150°C. Cette

donnée est essentielle pour les opérations de thermocollage.

- d’estimer la dégradation du polymère, elle se fait à partir d’une température de 450°C

Il est possible de procéder au thermocollage de l’échantillon entre 110°C et 450°C. Les tests préalables sur de petits

échantillons de matière montrent de manière empirique la possibilité du thermocollage. Ils nous permettent d’estimer une

température et un temps de chauffe pour les briques. A partir de l’observation de ces micro échantillons, il faut tenir compte

du fait que les briques ont un volume bien plus importants, et qu’elles sont contenues dans un «moule» de carton et de

pare-vapeur. La propagation de la chaleur n’est donc pas uniformement répartie dans le temps et l’espace et elle est plus

lente que dans les micros échantillons. Le risque est alors d’obtenir un thermocollage sur la surface des plastiques et non

au coeur de la brique. Cela n’est pas nécessairement problèmatique puisque le but est de donner du maintien à la matière,

et le durcissement d’un coque peut-être une manière de la contenir. Le but est de conserver l’air et la souplesse du maté-

riau, sans dégrader la matière.

Les microtests ont permis de régler les hypothèses de travail : 130°C pendant 5 minutes pour la série a. et 130°C pendant

10 minutes pour la série b. Il semblerait que la température de 130°C se révéle être un choix approprié, mais que les 5

minutes de chauffe soient insuffisantes pour obtenir un thermocollage. En revanche, au bout de 10 minutes, ont obtient un

thermocollage assurant un bon maintien des briques, particulièrement dans le cas de l’assemblage #2 (aléatoire).

La mesure de conductivité thermique après les opérations de thermocollage montrent que le thermocollage n’altère pas les

propriétés isolantes des briques, dans ces conditions d’élaboration.

hYpOThESES DE rEChErChES

Ce travail montre à la fois la disponibilité de ce matériau et l’intérêt qu’il a à être réutilisé, et à la fois sa capacité isolante et thermocollante.

Se posent suite à celui-ci une série de questions qui pourraient compléter cette recherche.

- Comment mettre en oeuvre un tel matériau ?

L’un des buts de ce travail était de montrer que le thermocolage est possible, et de trouver ses conditions de réalistation. Le fait que les sacs ou mor-

ceaux de sacs puissent être assemblés et thermocollés rend possible la création de panneaux ou volumes de matière ayant un certain maintien. A partir

de là il est possible d’imaginer différents modes d’assemblage qui pourraient être testés. Le maintien de la matière assuré par les liaisons formées lors

du thermocollage permettrait de proposer une forme type panneau, à l’image des panneaux d’isolants classiques. La question de la perspiration se pose,

et est directement liée à la mise en oeuvre de l’isolant.

Le matériau en lui même étant lui même étanche à l’eau, il parait alors envisageable de concevoir des panneaux hermétiques à l’eau. Cette solution

doit être couplée à une ventillation naturelle ou assistée performante afin d’éviter l’apparition de moisissures (ce qui est également le cas en présence

d’isolant perspirant). La création d’une paroi perspirante faite de sacs plastiques nécessite de trouver un concept de mise en oeuvre permettant de faire

circuler l’eau dans celle-ci.

Faisons ici l’hypothèse d’un panneau hermétique à l’eau. Il devra être protégé de manière rigoureuse par des pare-vapeur. Il est possible à priori d’imaginer

trois types de mise en oeuvre, avec thermocollage et moulage.

Le panneau sur rail La botte de plastique Le mur caisson

Bien sûr, ces trois schèmas ne sont que des hypothèses. Ces solutions mériteraient d’être approfondies et testeées.

- Comment respecter les normes de résistance au feu ?

Il faudrait pour cela connaitre la réaction au feu et pouvoir positionner l’isolant dans la classification européenne «euroclasses» (résistance et réaction au

feu, classification au feu en cinq catégories A1, A2, B, C, D, E, F, composition des fumées s1, s2, s3, présesnce de gouttelettes et débris enflammés

d0, d1, d2). Cependant, selon la mise en oeuvre, les conditions requises ne seront pas les mêmes.

- Quels sont les effets sanitaires ?

Les sacs plastiques sont issus de la grande distribution et de la consommation courante, on peut espèrer que l’impact sanitaire de la présence de

plastique dans un milieu ambiant a été évalué. Il faudrait bien-sûr procéder à des tests ou des estimations d’éventuels produits volatils émanant de la

présence de ce matériau.

- Résistance au temps : fluage et vieillessement ?

Dans le cadre d’une utilisation pérenne, il s’agit de se poser la question du vieillissement de la matière. D’autant plus que depuis quelques années, en

réponse aux pollutions occasionnées par les sacs, les industriels ont décidé d’ajouter une substance dans les sacs favorisants leur dégradation.

- Quelle est l’énérgie gagnée/économisée lorsque l’on réutilise les sacs plastiques ?

Il faudrait pouvoir estimer le gain d’énergie réel fait par le réemploi de ce matériau pour l’isolation. Pour cela il faurdait pouvoir comparer l’énergie utilisée

pour produire un islolant classique (laine de verre ou roche, en tenant compte de la fabrication, du transport, de la mise en oeuvre et du recylclage) et

pour produire un isolant fait de sacs plastiques, en considérant pour chacun une quantité de matière permettant d’obtenir des performances thermiques

similaires. Il faut aussi tenir compte du fait que les plastiques recyclés de cette manière ne participent pas à la production d’énergie par valorisation éner-

gétique (il faudrait connaitre la quantité exacte de plastique valorisé, qui est très inférieure à la quantité de plastiques mous recoltée).

CONCLUSION

Suite à une véritable prise de conscience de l’impact sanitaire des matières plastiques dites «molles», j’ai choisi de travailler sur le réusage des sacs plastiques dans le

bâtiment. Après avoir fait un travail de recherche sur la matière, son histoire, ses propriétés, ses utilisations en architecture, l’histoire du recyclage, la visite d’un centre de

traitement et valorisation des déchets, j’ai fait l’hypothèse que les sacs plastiques pouvaient être utiles en matière d’isolation. J’ai alors procédé à plusieurs séries de tests

afin de savoir d’une part s’il était vraiment islolant et connaitre ses propriétés physico-chimiques, et d’autre part savoir s’il pouvait être thermocollé pour faciliter sa mise en

oeuvre. Les réponses à ces questions sont positives et enclanchent d’autres séries de questions.

La question des déchets plastiques se pose réellement à l’échelle mondiale. Les industriels tentent d’y répondre par l’adjonction de substances permettant de déteriorer le

matériau rapidement dans la nature, en proposant des sacs biosourcés, et réduisant le nombre de sacs plastiques distribués, mais ces mesures n’empechent pas la pro-

duction et la distribution de sacs de polyéthylène. Le problème reste entier.

Bien que les protoypes conçus lors de ce travail de recherche possèdent de bonnes propriétés isolantes, cela ne suffit pas à répondre aux critères d’un isolant industrialisable

pour une utilisation dans le bâtiment (voir questions soulevées précedemment sur la collecte, la mise en oeuvre, la securité incendie, etc.).

Pour ma part, je dirais que ce travail a été très enrichissant, et le fait de pouvoir travailler en parallèle avec le laboratoire des Ponts et Chaussées et de l’IFSTTAR ont réel-

lement donné une assise plus scientifique et technique à mon sujet. Ce travail là, couplé à la participation au Solar Decathlon m’a permis de pouvoir approcher la matière et

la voir à une autre échelle, en me posant des questions de performance, de mise en oeuvre et de vie du produit.

Ce travail pourrait être considéré comme un départ de réflexion, et pourrait être poursuivi selon les orientations proposées précedement (ou pas d’ailleurs).

ANNEXES BIBLIOGRPAHIEOUVRAGESDUVAL Claude, Matières plastiques et environnement, Dunon, L’Usine Nouvelle, Paris , p. ENGELSMANN Stephan, SPALDING Valérie, PETERS Stefan, Plastiques en Architectures et en Construction, Walter de Gruyter Birkhäuser, janvier , p. VAN HINTE Ed, PEEREN Césare et JONGERT Jan, SUPERUSE Constructing new architecture by shortcuttingmaterial flows, OIO Publishers, Rotterdam, , p., (-)Hoyet Nadia, Matériaux et architecture durable, Editions Dunod, Paris , P. Kottas Dimitris, Architecture et construction : Le plastique, Editions Links, , P. AMC, le moniteur architecture - Matières plastiques - Hors sérieStephan Engelsmann, Valerie Spalding, Stefan Peters, Plastiques et architecture et construction, Editions Birkhausser Victoria Ballard bell, Patrick Rand, Materials for architecural designFrédéric Offenstein, Compatibles, incompatible, ou comment associer les matériaux de construction, Moniteur techniquePlastiques et architectureMaterial revolution sustainable and multi-purpose materials for design and architectureJean-Marc Huygen, La poubelle et l’architecture, vers le réemploi des matériaux, Edition Actes Sud

ARTICLESJEANNIOT Damien et MAISIN Jean-Christophe, Recyclage des sachets plastiques à Kinshasa, un projet d’ingénieurs sans frontières (ISF) Belgique, http://www.chaka.be/doc/valorisation_des_dechets_plastiques.pdfSOLOMON Odile, Le sens des matériaux plastiques en Architecture, InfoBatir Lyon, avril

SITES INTERNETADEME, www.ademe.frconsoGlobe, Habitat durable. Polli-Bricks, du plastique recyclé dans vos murs, http://www.consoglobe.com, [consulté le janvier ]Gevalor, solutions solidaires pour des villes propres, Projets recyclage des plastiques, http://www.gevalor.org, [consulté le décembre ]Le mag, Recette exotique : les briques en plastique, http://www.plastic-lemag.com, [consulté le décembre ]Le Moniteur, Surprises du BTP : un pont routier en plastique recyclé, http://www.lemoniteur.fr/-evenement/article/actualite/-surprises-du-btp-un-pont-routier-en-plastique-recycle, [consulté le janvier ]Marcel Green.com, Des murs en déchets, http://www.marcelgreen.com, [consulté le avril ]Site du Ministère du Développement Durable et de l’Énergie, http://www.developpement-durable.gouv.fr/-Gestiondes-dechets-.html, [consulté le mai ]Otago Daily Times, Otago man makes plastic fantastic, http://www.odt.co.nz, [consulté le avril ]

Séminaire AMC Robert Le Roy & Leda Dimitriaki Courtial ... · de remplacer l’ivoire, devenue...

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