Combinant légèreté et performances, les matériaux composites se prêtent à une large palette d’usages. Durables par essence, ils posent néanmoins le défi de la circularité. Pour le relever, la filière multiplie les efforts en faveur de la réparation, du réemploi et de la réutilisation, mais aussi du recyclage. Un mode de gestion autour duquel deux grandes voies se dessinent : la mise au point de nouveaux procédés,ainsi que la conception de composites et de résines pensés pour être recyclables.
L’avenir des composites est circulaire. C’est sur ces mots que s’achève une vidéo(1) mise enligne le 18 mars dernier, à l’occasion de la Journée mondiale du recyclage, par les membres de l’Alliance industrielle pour une construction nautique circulaire. Lancée il y a un peu plus de huit mois dans l’ouest de la France, l’initiative sectorielle est, sans doute, l’une des manifestations les plus abouties à ce jour de la volonté affichée par toute la filière de renforcer sa circularité. « Parce qu’elle boucle véritablement la boucle, et même une double boucle – celle des résines et celle des fibres – tout en réunissant des représentants de chacun des maillons d’une même chaîne de valeur, cette alliance est, je crois, vraiment emblématique ; un parfait exemple de ce que sera, à terme, l’organisation circulaire de la filière composites dans son ensemble », se réjouit Éric Pierrejean, p-dg de JEC, organisation dédiée au développement des applications et à la promotion des matériaux composites, au travers notamment de l’incontournable salon JEC World(2).
Depuis une quinzaine d’années, la filière est, en effet, engagée dans diverses initiatives visant à mettre en place de véritables boucles d’économie circulaire, axées notamment autour du recyclage. Une évolution tout à fait naturelle, comme l’analyse Éric Pierrejean : « Parce qu’ils amènent de la légèreté, mais aussi une résistance accrue à l’usure, à la fatigue et à la corrosion, les composites sont, par essence, des produits inscrits dans le cadre du développement durable. C’est d’ailleurs ce qui les a amenés à se développer aussi rapidement au cours des soixante dernières années. Seule la circularité leur faisait encore assez largement défaut. Il est donc logique que la filière ait désormais pris ce virage ».
Outre cette cause endogène, trois grands facteurs expliquent selon lui l’essor de ce mouvement : la demande croissante du marché pour les matériaux recyclés; l’évolution de la règlementation; mais aussi le développement d’innovations technologiques en tous genres, sans lesquelles cette volonté de circularité serait tout simplement restée vaine.
Le recyclage, un défi pour la filière composites
« Parce qu’ils sont constitués de matières premières intimement liées, les composites se révèlent particulièrement difficiles à recycler à un coût acceptable », constate en effet Didier Muller, expert des polymères et composites depuis plus de quarante ans, actuel président du pôle Composites de Polyvia(3), et récent fondateur de l’entreprise de conseil et d’expertise Polymers Insights. Malgré des volumes mis sur le marché, et des flux de déchets sans commune mesure avec ceux des autres matières plastiques – de l’ordre de trente fois moindres(4) – les composites posent donc, de fait, un défi de taille en matière recyclage : selon la European composites industry association (EuCIA), seul 5 % du gisement européen, tout au plus, bénéficie aujourd’hui de cette forme de valorisation; l’immense majorité se destinant à une valorisation énergétique, voire à un simple enfouissement(5). Deux grandes voies d’innovation semblent toutefois en passe de changer la donne : le développement, d’une part, de matériaux composites pensés pour être facilement recyclables (nous y reviendrons plus bas), mais aussi, d’autre part, la mise au point de nouveaux procédés de recyclage permettant de s’attaquer aux composites conventionnels. Premier exemple : celui d’Expleo, à l’origine d’une innovation de rupture en matière de recyclage des polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC).
Expleo s’attaque au recyclage des PRFC
« Nous nous sommes focalisés sur les PRFC car il s’agit de matériaux coûteux, qui perdaient jusqu’à présent leur valeur enfin de vie, faute de solution de recyclage adaptée », explique Philippe Ponteins, responsable du programme Innovation, recyclage des matériaux composites en fibres de carbone chez Expleo.
Pour y remédier, le groupe d’ingénierie, de technologie et de conseil adonc développé avec l’appui du Centre interuniversitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux (Cirimat) et du laboratoire Softmat, un procédé breveté de recyclage par solvolyse. Qualifié de « doux » car réalisé à pression ambiante et à une température de 60 °C, mais aussi à l’aide de molécules « Reach-compatibles », il permet de séparer puis de récupérer à la fois la résine époxy -valorisable pour d’autres usages, tels que la fabrication d’isolants – et les fibres de carbone. Conservant 90 % de leurs propriétés structurales, pour un coût deux fois moindre que celui de leur équivalent vierge selon les estimations d’Expleo, ces fibres pourraient, par exemple, être destinées à la production de nouveaux panneaux de cabine d’avions. Une perspective susceptible de se concrétiser d’ici peu.
Déjà validé à l’échelle laboratoire, le procédé est, en effet, encours de préindustrialisation, pour un passage à l’échelle industrielle prévu d’ici à 2030. Un horizon auquel Expleo espère, dans l’idéal, parvenir à développer une capacité annuelle de recyclage de l’ordre de 5 kt, en partenariat avec des industriels. Dans l’aéronautique, certes, mais aussi l’éolien, ou encore l’automobile.
Autant de domaines dans lesquels un autre acteur de l’innovation compte bien, lui aussi, tenter de s’imposer : ADN Group.
ADN Group tout schuss sur le recyclage
Créée en 2018 par Camille Lambert, l’entreprise rhônalpine visait, au départ, le développement de skis 100 % recyclables. Confrontée à des difficultés de montée en échelle, la fondatrice de l’entreprise a toutefois fini par décider de réorienter ses efforts sur le développement d’une solution de recyclage des matériaux composites existants.
« J’ai découvert à ce moment-là une vidéo d’un laboratoire du CNRS [Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB), dirigé par Cyril Aymonier, n.d.l.r.] présentant un procédé de démantèlement de matériaux composites basé sur l’utilisation de CO2 supercritique », retrace Camille Lambert. « J’ai donc pris contact avec l’équipe à l’origine de ce projet, avec laquelle nous avons fini par nouer un partenariat en vue de mener une phase de prématuration », ajoute-t-elle. Entamée il y a deux ans, cette collaboration a aujourd’hui abouti au développement d’une technologie de recyclage permettant, grâce à l’utilisation de solvants « verts » et de CO2 supercritique, de séparer, sans broyage préalable et sans les altérer, chacun des constituants d’une planche de glisse. Le tout, avec une faible empreinte carbone (une ACV est encours de réalisation) et pour un coût opérationnel estimé à environ 1 € par kg de matière démantelée.
En passe d’être brevetée, la solution se dirige désormais vers l’industrialisation. Et pas uniquement sur le marché des planches de glisse. « Schématiquement, tout ce qui est multicouche peut être démantelé grâce à notre solution, qui peut être adaptée à tout type de résine, et à tout type de renforts, y compris biosourcés », note Camille Lambert, qui annonce au passage le lancement, d’ici peu, d’une levée de fonds ouverte au grand public, visant à accélérer le développement commercial de l’entreprise.
La dépolymérisation n’est toutefois pas la seule option pour recycler les composites conventionnels. En témoigne la solution développée par Fairmat, basée quant à elle sur un procédé purement mécanique.
Fairmat, le recyclage façon puzzle
« Quand j’ai créé Fairmat en 2020 dans le but de recycler les PR FC, le choix d’une approche mécanique s’est rapidement imposé », se remémore Benjamin Saada, actuel p-dg de l’entreprise. « Ces composites ont, en effet, été conçus pour résister à la chaleur et aux produits chimiques… », justifie-t-il.
Problème : l’approche traditionnelle du recyclage mécanique aboutit à une rupture des fibres de carbone, et donc à une perte de valeur. Pour y remédier, Fairmat a développé un procédé permettant, grâce à un savant mélange de robotique et d’IA, de soigneusement découper puis de réassembler les PRFC. « Nos robots découpent des chips de quelques centimètres carrés. Des modèles mathématiques calculent une probabilité de qualité pour chacune de ces chips. Cela nous permet finalement de les réassembler d’une manière bien précise, afin de garantir la qualité du matériau recyclé », expose Benjamin Saada. Une phase de réassemblage elle aussi 100 % robotisée. « Les bras robotiques déposent chacun des petits copeaux de PRFC sur un support – un voile de résine – qui permet de les maintenir ensemble », précise le fondateur de l’entreprise. L’opération aboutit à la production de nouvelles feuilles de composites, baptisées FairPly.
Adaptées aux procédés de mise en forme conventionnels, tout en offrant des performances mécaniques élevées, ces feuilles de PRFC proposées par Fairmat à un prix dix fois inférieur à celui des PRFC conventionnels, ont aussi l’avantage d’une empreinte carbone réduite, comme le souligne le fondateur de l’entreprise : « Une pièce d’un kg génère moins de 4 kg de CO2, ce qui est, à ma connaissance, largement inférieur à n’importe quel autre composite neuf, voire recyclé ».
Mais ces multiples intérêts ne seraient rien si le matériau ne pouvait, lui-même, être recyclé. Conscient de cet enjeu, Fairmat a développé, il y a peu, un procédé basé sur l’utilisation de plasma froid, permettant de retirer la fine couche de résine maintenant les chips entre elles. « Nous sommes encore entrain d’affiner la gestion du flux de plasma par le robot, mais lorsqu’il fonctionne de manière optimale, le procédé permet de récupérer les chips en en conservant 100 % des propriétés de départ », assure le p-dg de Fairmat. De quoi véritablement boucler la boucle du recyclage des PRFC, tout en réduisant drastiquement leur empreinte carbone.
Pour parachever le développement de ce procédé, mais aussi poursuivre son développement industriel et commercial en France ainsi qu’aux États-Unis, l’entreprise a annoncé début novembre avoir levé 10 M€ supplémentaires auprès du fonds d’investissement luxembourgeois Infinity Recycling – homonyme de la propre technologie de recyclage de Fairmat. Une somme qui amène ainsi à plus de 100 M€ les fonds levés par l’entreprise ligérienne depuis sa création.
« Nous produisons déjà entre 6 et 10 000 m2 de FairPly par mois au sein de notre usine française de Bouguenais. Notre site aux États-Unis – spécialisé sur un type de déchet en particulier – traite quant à lui plusieurs dizaines, et bientôt une centaine de tonnes de matériaux. Nous espérons désormais accélérer, en développant notamment des sites satellites en France, tout en adressant de nouveaux marchés, tels que la construction », se projette finalement le dirigeant de Fairmat.
Si les solutions permettant de recycler les composites conventionnels se multiplient, elles ne constituent toutefois pas, comme évoqué plus haut, la seule voie possible. En parallèle, d’autres acteurs s’attellent en effet au développement de nouveaux matériaux composites, recyclables by design.
Forvia pied au plancher sur la voie des composites éco-conçus
« La circularité de la filière s’organise certes en bout de chaîne, avec le développement de procédés de recyclage, mais aussi en amont, avec le développement de résines et de matériaux composites faits pour être recyclés », synthétise Éric Pierrejean.
Un sujet sur lequel se penchent en effet des chercheurs (lire ci-contre l’encadré consacré aux travaux de Sylvain Caillol), mais aussi des grands noms de l’industrie, à l’image de Forvia. Il y a plus de dix ans, ce spécialiste des équipements et technologies automobiles a en effet décidé, dans le cadre de sa stratégie de décarbonation, de prendre à bras-le-corps la question de la réduction de l’empreinte CO2 de ses matériaux, notamment composites. Une volonté qui s’est concrétisée par le lancement, début 2022, d’une nouvelle division au sein du groupe, entièrement dédiée au développement de matériaux durables : Materi’Act.
L’entreprise a notamment développé une gamme de composites baptisée NAFILean, qui fait la part belle aux fibres biosourcées, mais aussi aux résines issues du recyclage. « Cette gamme initialement centrée sur un composite fabriqué à partir de polypropylène vierge additionné de 20 % de fibres de chanvre – un matériau qui équipe aujourd’hui plus de dix millions de véhicules dans le monde – s’est progressivement élargie avec l’arrivée, en 2024, de NAFI-Lean-R, un composite dont la résine polypropylène est issue de déchets post-consommation – et qui équipe par exemple la Renault 5, expose Élise Moreau, présidente de Materi’Act. En juin dernier, nous avons également lancé NAFILean Vision, un composite destiné aux parties visibles du véhicule, lui-aussi à base de PP recyclé, renforcé de fibres naturelles comme le chanvre, mais aussi le lin, ou encore le roseau. »
En partie biosourcés et/ou intégrant des résines issues du recyclage, ces composites sont aussi, et surtout, eux-mêmes 100 % recyclables, au même titre d’ailleurs que les deux autres gammes de composites développées par Materi’Act – IniCycled, composite à base de polyoléfine contenant jusqu’à 80 % de matières recyclées, et IniFlex, composite à base d’élastomère thermoplastique destiné au revêtement des zones airbags. « La notion de circularité est l’un des piliers sur lesquels Materi’Act a été bâtie. C’est même un aspect sur lequel nous mettons encore plus l’accent aujourd’hui, en développant une véritable approche du recyclage en boucle fermée », fait valoir Élise Moreau.
Pour ce faire, les composites de la filiale de Forvia ont été pensés pour pouvoir être intégrés aux filières conventionnelles de recyclage des polypropylènes. « Nos tests ont permis de montrer que les renforts en fibres naturelles de la gamme NAFILean ne perturbent pas les process de recyclage, et n’affectent pas la qualité du matériau recyclé. Il n’est donc pas nécessaire de réaliser une séparation fibres-matrice », souligne finalement Élise Moreau. Des avantages que partage une autre solution, développée quant à elle parle chimiste Arkema : la gamme de résines Elium.
Elium, une résine pensée pour le recyclage
Face aux difficultés liées au recyclage des résines thermodurcissables traditionnelles, Arkema s’est lancé, il y aune quinzaine d’années, dans la mise au point d’une résine d’un nouveau genre, pensée pour répondre au défi de la recyclabilité. « Nous avons abouti au développement d’Elium, une gamme de résines thermoplastiques liquides de type méthacrylate » , dévoile Pierre Gérard, spécialiste des matériaux composites, ingénieur R&D monde en charge d’Elium chez Arkema.
« Contrairement aux thermodurcissables, Elium peut être post-formée, mais aussi re-fondue, ce qui permet, de fait, son recyclage par voie mécanique », explique l’expert d’Arkema.
À cette possibilité s’ajoute celle d’une dépolymérisation par thermolyse. Réalisée dans des conditions relativement douces, l’opération permet la récupération d’un monomère utilisable pour produire à nouveau cette même résine Elium.
Quant aux fibres de renfort, elles peuvent elles aussi être récupérées. « Dans le cas des fibres de verre, elles peuvent être refondues afin d’en produire de nouvelles », éclaire Pierre Gérard. Une approche d’ores et déjà mise en œuvre par Owens Corning dans le cadre de l’Alliance industrielle pour une construction nautique circulaire évoquée en introduction, à laquelle participe également Arkema aux côtés du Groupe Beneteau, de Veolia, de Composite Recycling et de Chomarat. « Grâce aux deux boucles de circularité que nous avons mises en place, nous sommes capables de produire, à partir d’un navire enfin de vie, un nouveau bateau aux qualités strictement identiques », se félicite l’ingénieur R&D d’Arkema. Ceci, avec un coût comparable voire inférieur à celui qui découle de l’utilisation de matières vierges, tout en réduisant de 75 % l’empreinte carbone du bateau, grâce à la combinaison d’Elium, de fibres de verre recyclées et d’une optimisation des procédés de fabrication.
Compatibles avec tout type de renfort, et de nombreux procédés de mise en forme, Elium offre en outre des propriétés statiques équivalentes aux thermodurcissables, et même des propriétés dynamiques supérieures… Un ensemble d’avantages qui destine ainsi cette gamme à de très nombreux usages, au-delà d’ailleurs du seul secteur de la construction nautique. « Cela va de l’éolien6 à l’automobile, en passant par le génie civil ou les sports & loisirs », égrène l’ingénieur R&D.
Pierre Gérard qui, finalement, souligne la parfaite complémentarité entre cette approche de l’éco-conception de nouvelles résines, et le développement de nouveaux procédés de recyclage adaptés à l’existant : « Le recyclage de composites à base de résines recyclables ne concerne pour l’instant que les déchets post-industriels. Les premières pièces enfin de vie n’arriveront dans les filières de recyclage que dans plusieurs décennies… Il s’agit donc d’une approche de la circularité à long terme, en parallèle de laquelle le développement de procédés de recyclage destinés aux composites traditionnels reste nécessaire ». Deux grandes voies aussi indispensables l’une que l’autre, donc, pour offrir aux composites l’avenir circulaire qu’ils méritent.
Notes
1) https://youtu. be/yGzO aUCqPk
2) Dont la prochaine édition se tiendra du 10 au 12 mars prochain à Paris Nord Villepinte.
3) Syndicat national des industriels de la plasturgie et des composites.
4) 2 à 3 Mt de composites mis sur le marché chaque année en Europe, contre 60 Mt pour les autres matières plastiques. 914 kt de déchets de composites thermodurcissables en 2025 à l’échelle européenne selon l’estimation théorique de la European composites industry association (EuCIA), contre 29,5 millions de tonnes pour les déchets plastiques.
5) Option amenée à décliner sous l’influence de la règlementation et de la hausse des coûts.
6) Elium a déjà été utilisée dans le cadre du projet ZEBRA, visant le développement de pales d’éoliennes recyclables.
7) ICGM, Université de Montpellier, CNRS, ENSCM.
8) DOI : 10.1126/science. adj9989
Didier Muller, président du pôle Composites de Polyvia
InfoChimie magazine : Au-delà des difficultés techniques intrinsèques que pose le recyclage des composites, quels sont les autres défis à relever pour la filière dans ce domaine ?
Didier Muller. : Un des grands sujets aujourd’hui concerne les aspects logistiques : les quantités de déchets composites sont relativement faibles, et surtout extrêmement disséminées. Il faut donc travailler sur des solutions permettant de regrouper les composites à recycler. La question du coût est aussi centrale : il faut parvenir à développer des composites recyclés vendus au maximum au même prix que leur équivalent issu de matières vierges. Enfin, la question de la sécurité, de la normalisation et de la qualification des matériaux recyclés est aussi centrale. Tout cela est complexe, et demande du temps…
De quelle façon le recyclage des composites est-il amené à se développer à terme, selon vous ? Via la mise en place de boucles courtes ? Ou au travers du développement de grandes filières nationales, voire européennes ?
D. M. : Tout est possible, et tout est d’ailleurs entrain de se mettre en place. Ces différents niveaux ont chacun leur importance. La structuration du recyclage au niveau européen, qui passe notamment par l’harmonisation de la législation, va nous permettre de faciliter les échanges entre producteurs de déchets et recycleurs. Échanger sur les bonnes pratiques entre acteurs de différents pays sera aussi intéressant. L’échelon régional n’en reste pas moins important : pouvoir recycler régionalement tout ce qui peut l’être permettra de gagner en coûts logistiques, tout en réduisant la consommation d’énergie et les émissions de CO2 liées au transport.
Nous considérons donc, avec le même intérêt, ces différentes dimensions.
Outre le recyclage, par quels autres modes de gestion des déchets la circularité des composites peut-elle se traduire ?
D. M. : La filière française et européenne des composites a la volonté d’aller au-delà du seul fait de recycler. Nous voulons véritablement aller chercher tous les « R » possibles : réemploi, réutilisation, réparation… Beaucoup de choses se font déjà dans ces domaines. Certains fabricants de piscines coques, par exemple, proposent déjà des kits de réparation. Cette possibilité se développe même dans l’aéronautique : Airbus comme Boeing ont, eux aussi, développé des solutions de réparation de pièces composites.
Bien qu’elles puissent paraître plus anecdotiques, les initiatives centrées sur la réutilisation ont aussi leur importance : il peut par exemple s’agir de la transformation d’un bateau enfin de vie en abri, ou encore de la réutilisation de pales d’éoliennes pour la fabrication de mobilier urbain.
ECCA : l’Alliance européenne des composites circulaires
Le 4 mars dernier, l’Association européenne de l’industrie des composites (EuCIA) a annoncé dans le cadre de JEC World 2025, et aux côtés de son partenaire JEC, le lancement de la European Circular Composites Alliance (ECCA). Objectif : fédérer les acteurs du secteur pour parvenir à établir une véritable économie circulaire pour les composites en Europe. « Plus de 180 entreprises sont déjà engagées dans cette alliance », se réjouissait le président d’EuCIA Roberto Frassine à la veille de la première assemblée générale de la structure, organisée à Bruxelles le 4 décembre dernier. « Cet engouement montre tout l’intérêt de l’industrie pour ce sujet stratégique qu’est aujourd’huila circularité des composites. »
Sylvain Caillol fait feu de tout bois pour réduire les impacts des composites
Chercheur CNRS7 depuis près de vingt ans, Sylvain Caillol suit une feuille de route établie autour de trois grands axes : substituer le carbone fossile par du renouvelable; remplacer certains composés dangereux; mais aussi réduire les impacts environnementaux des composites enfin de vie.
« Cela passe par des approches telles que la remise en forme, la réutilisation… mais aussi le recyclage. Un volet dont nous nous sommes saisis plus récemment, en lien avec les enjeux auxquels sont aujourd’hui confrontés les industriels », confie le directeur de recherche montpellierain.
Entre autres travaux, Sylvain Caillol a ainsi contribué au développement d’une résine époxy biosourcée, produite à partir de lignine et de cellulose, ayant pour avantage distinctif – biosourcé ne signifiant par forcément recyclabilité accrue – d’être facilement dépolymérisable par méthanolyse.
Le tout, sans dégradation des fibres de renfort. Une innovation circulaire qui pourrait, à terme, trouver des usages industriels dans de nombreux domaines. « En parallèle, nous travaillons aussi sur des procédés de solvolyse qui permettraient de recycler les gisements actuels de thermodurcissables », précise le chercheur.
Sylvain Caillol qui voit aussi poindre à l’horizon une nouvelle approche susceptible de changer la donne en matière de recyclabilité des composites : le développement de résines basées sur une nouvelle classe de polymères, les vitrimères.
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