Une nouvelle méthode utilise les collisions pour décomposer le plastique en vue d’un recyclage durable

Brad Dixon

Des chercheurs ont mis au point une méthode pour décomposer le PET, l’un des plastiques les plus utilisés au monde, en vue d’un recyclage durable, en utilisant des forces mécaniques plutôt que la chaleur ou des produits chimiques agressifs.

Si les plastiques contribuent à améliorer le niveau de vie actuel, leur accumulation dans les décharges et dans l’environnement en général continue de susciter des inquiétudes à l’échelle mondiale.

Le polyéthylène téréphtalate (PET) est l’un des plastiques les plus utilisés au monde, avec des dizaines de millions de tonnes produites chaque année pour la fabrication de bouteilles, d’emballages alimentaires et de fibres textiles. La durabilité qui rend le PET si utile signifie également qu’il est plus difficile à recycler efficacement.

Des chercheurs ont désormais mis au point une méthode permettant de décomposer le PET à l’aide de forces mécaniques plutôt que de chaleur ou de produits chimiques agressifs. Publiées dans la revue Chem, leurs conclusions démontrent comment une méthode « mécanochimique » (réactions chimiques provoquées par des forces mécaniques telles que des collisions) peut rapidement reconvertir le PET en ses composants de base, ouvrant la voie à un recyclage plus rapide et plus propre.

Dirigée par Kinga Gołąbek, chercheuse postdoctorale, et Carsten Sievers, professeur à la Georgia Tech’s School of Chemical and Biomolecular Engineering, l’équipe de recherche a frappé des morceaux solides de PET avec des billes métalliques avec la même force que celle qu’ils subiraient dans une machine appelée broyeur à billes. Cela permet au PET de réagir avec d’autres produits chimiques solides tels que l’hydroxyde de sodium (NaOH), générant suffisamment d’énergie pour rompre les liaisons chimiques du plastique à température ambiante, sans avoir recours à des solvants dangereux.

« Nous démontrons que les impacts mécaniques peuvent aider à décomposer les plastiques en leurs molécules d’origine de manière contrôlable et efficace », a déclaré M. Sievers. « Cela pourrait transformer le recyclage des plastiques en un processus plus durable. »

Cartographier l’impact

Pour démontrer le processus, les chercheurs ont utilisé des expériences contrôlées à impact unique ainsi que des simulations informatiques avancées afin de cartographier la manière dont l’énergie des collisions se répartit dans le plastique et déclenche des transformations chimiques et structurelles.

Ces expériences ont montré des changements dans la structure et la chimie du PET dans de minuscules zones soumises à différentes pressions et chaleurs. En cartographiant ces transformations, l’équipe a acquis de nouvelles connaissances sur la manière dont l’énergie mécanique peut déclencher des réactions chimiques rapides et efficaces.

« Cette compréhension pourrait aider les ingénieurs à concevoir des systèmes de recyclage à l’échelle industrielle plus rapides, plus propres et plus efficaces sur le plan énergétique », a dit M. Gołąbek.

Décomposition du plastique

Chaque collision a créé un minuscule cratère, dont le centre a absorbé le plus d’énergie. Dans cette zone, le plastique s’est étiré, fissuré et même légèrement ramolli, créant des conditions idéales pour des réactions chimiques avec l’hydroxyde de sodium.

L’imagerie haute résolution et la spectroscopie ont révélé que les chaînes de polymères normalement ordonnées se désorganisaient au centre du cratère, tandis que certaines chaînes se brisaient en fragments plus petits, augmentant ainsi la surface exposée au réactif. Même sans hydroxyde de sodium, l’impact mécanique seul provoquait une rupture mineure des chaînes, montrant que la force mécanique elle-même peut déclencher un changement chimique.

L’étude a également montré l’importance de la quantité d’énergie délivrée par chaque impact. Les collisions à faible énergie ne perturbent que légèrement le PET, mais les impacts plus forts provoquent des fissures et une déformation plastique, exposant de nouvelles surfaces qui peuvent réagir avec l’hydroxyde de sodium pour une dégradation chimique rapide.

« La compréhension de ce seuil d’énergie permet aux ingénieurs d’optimiser le recyclage mécano-chimique, en maximisant l’efficacité tout en minimisant la consommation d’énergie inutile », a expliqué M. Sievers.

Boucler la boucle sur les déchets plastiques

Ces résultats ouvrent la voie à un avenir où les plastiques pourraient être entièrement recyclés en leurs composants d’origine, plutôt que d’être recyclés à la baisse ou jetés. En exploitant l’énergie mécanique plutôt que la chaleur ou des produits chimiques agressifs, le recyclage pourrait devenir plus rapide, plus propre et plus économe en énergie.

« Cette approche pourrait contribuer à boucler la boucle des déchets plastiques », a commenté M. Sievers. « Nous pourrions imaginer des systèmes de recyclage où les plastiques courants seraient traités par voie mécanochimique, donnant ainsi une nouvelle vie aux déchets à plusieurs reprises et réduisant l’impact environnemental. »

L’équipe prévoit désormais de tester des flux de déchets réels et d’étudier si des méthodes similaires peuvent fonctionner pour d’autres plastiques difficiles à recycler, afin de rapprocher le recyclage mécanochimique de l’utilisation industrielle.

« Avec des millions de tonnes de PET produites chaque année, l’amélioration de l’efficacité du recyclage pourrait réduire considérablement la pollution plastique et contribuer à protéger les écosystèmes dans le monde entier », a conclu M. Gołąbek.

Kinga Gołąbek, Yuchen Chang, Lauren R. Mellinger, Mariana V. Rodrigues, Cauê de Souza Coutinho Nogueira, Fabio B. Passos, Yutao Xing, Aline Ribeiro Passos, Mohammed H. Saffarini, Austin B. Isner, David S. Sholl, Carsten Sievers, « Spatially-resolved reaction environments in mechanochemical upcycling of polymers, » Chem, 2025. DOI : 10.1016/j.chempr.2025.102754

Source : Georgia Tech