1/6. Cycle de vie des matériaux: élimination-recyclage

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1 1/6 Les matériaux Un matériau est une matière que l homme façonne pour en faire des objets. L usage des matériaux est extrêmement diversifié : construction, textile, objets techniques, décoration, emballages... Leur durée d utilisation est également extrêmement variable : les emballages, par exemple, sont destinés à un usage très bref, alors que les matériaux de construction doivent être conçus pour durer très longtemps. Faire durer les matériaux Lorsque les matériaux sont destinés à un usage prolongé, il est nécessaire de lutter contre leur vieillissement prématuré. Ainsi, la plupart des métaux sont sensibles à la corrosion. L acier, par exemple, rouille au contact de l air et de l eau. Le fer subit une oxydation qui le ramène sous la forme d oxyde (Fe 2O 3) qu il possédait dans le minerai. Pour assurer la protection de l acier, on peut le recouvrir de peinture, de vernis ou d une couche protectrice de zinc (galvanisation). Réaliser un alliage d acier et de chrome ou de nickel conduit à un acier dit inoxydable moins sensible à la corrosion. Le chrome s oxyde au contact de l air mais la couche d oxyde formée est imperméable à l eau et à l air et protège le métal. De son côté, le bois, qui est un matériau de construction abondant, peu coûteux, résistant, renouvelable, gonfle et se déforme sous l effet de l humidité et subit l attaque des insectes et des micro-organismes. Un procédé thermique, la rétification, a été récemment mis au point pour le rendre imputrescible sans adjonction de produits chimiques. Enfin, certains matériaux plastiques sont sensibles aux rayonnements UV solaires. Ils jaunissent et deviennent cassants. L ajout d additifs ou de pigments absorbant les rayonnements UV (noir de carbone dans les pneumatiques) permet de limiter les effets du rayonnement. Le cycle de vie d un matériau La vie d un matériau pourrait commencer avec son élaboration et s achever avec la mise au rebut des objets qu il constitue, l Homme se contentant d assurer alors son élimination. Toutefois, le recyclage du matériau permet souvent de le réutiliser : le matériau décrit alors un cycle de vie. Cycle de vie de l'acier. 40 à 50 % des 140 millions de tonnes d'acier produites par an dans le monde sont issues du recyclage de ferrailles. Du minerai au recyclage La plupart des objets, des outils, des instruments qu utilise l homme ont été façonnés en utilisant des matériaux extraits de matières premières naturelles. Après usage ou détérioration, ils constituent des déchets. Le devenir des matériaux qui constituent les déchets ménagers non périssables et les déchets industriels est très variable et dépend de leur nature et de leur constitution. Les principaux matériaux recyclables sont le verre, l acier, l aluminium, certaines matières plastiques, le carton et le papier. Les objets sont collectés, puis acheminés vers des centres où ils sont triés de façon automatisée selon leur nature, leur taille, leur forme, etc. Ils sont ensuite acheminés vers les centres de traitement. Le recyclage n est encore envisagé que pour un nombre très limité d objets manufacturés. Différentes fins de vie sont possibles pour les objets manufacturés : la réutilisation, le recyclage pour redonner les matières premières originelles, le recyclage pour donner les matériaux permettant de fabri quer les objets manufacturés similaires ou d autres objets, la valorisation énergétique (combustion) ou la mise en décharge. Certaines bouteilles de verre dans la restauration, des bacs plastiques de transport et manutention sont réutilisés sans modificationon après nettoyage. Cependant, la réutilisation d objets manufacturés est encore rare. Procédé de galvanisation : sortie des pièces métalliques du bain de zinc.

2 2/6 Définition d une matière plastique Le Petit Robert définit le plastique comme une «matière synthétique constituée de macromolécules et qui peut être moulée ou modelée». Plus précisément, les matières plastiques sont des matériaux constitués d un assemblage de polymères et de certains additifs. On peut leur faire prendre diverses formes pour obtenir le produit fini. Synthèse de quelques plastiques Les matières plastiques sont des polymères auxquels sont ajoutés certains additifs tels que des pigments, des stabilisants, etc. Ces polymères sont constitués de molécules à très longues chaînes, ou macromolécules, obtenues à partir d un grand nombre de molécules appelées monomères. Le polyéthylène (PE) ou le polyéthylène téréphtalate (PET) sont des polymères synthétisés par polymérisation de monomères obtenus à partir du pétrole. Le polyéthylène, utilisé dans les emballages, les tuyaux, etc., de formule - (CH2 - CH2)n -, est obtenu par polymérisation par polyaddition de l éthène, ou éthylène, H2C = CH2. - CH2 - CH2 - constitue le motif du polymère ; la valeur de n peut varier de quelques centaines à plusieurs milliers. Le polyéthylène téréphtalate est obtenu par polymérisation par polyestérification de l éthylène glycol ou éthane-1,2-diol, HO - CH2 - CH2 - OH, et de l acide téréphtalique, HO2C - C6H4 - CO2H. Il a pour motif : Utilisé pour la fabrication des bouteilles d eau ou de sodas, le PET se rencontre également dans des fibres textiles. Vieillissement des matières plastiques Les matières plastiques sont de plus en plus utilisées : il devient donc indispensable de se préoccuper de leur vieillissement. Le vieillissement d un matériau est une évolution lente et irréversible de ses propriétés, due à des modifications de sa structure ou de sa composition. Les facteurs de vieillissement sont la température, la lumière, les contraintes mécaniques, l humidité et les agents oxydants tels que le dioxygène. Ce processus touche toujours un petit groupe d atomes, comme le groupement ester qui, modifié par hydrolyse, conduit à des groupements acide et alcool, selon la réaction d équation suivante : La formation d acides et d alcools modifie alors les propriétés du matériau. Pour ralentir ce vieillissement, on ajoute aux matériaux polymères des adjuvants tels que des anti-uv, des antioxydants, etc. Ces adjuvants, dont certains ne sont pas sans danger, peuvent être lentement libérés lors du vieillissement des matières plastiques. C est le cas des phtalates, utilisés comme plastifiants, du bisphénol A, utilisé comme antioxydant. Le PET. Le poly(téréphtalate d éthylène), plus connu sous le nom de polyéthylène téréphtalate (ou PET) est un plastique de type polyester. Sa formule chimique est :

3 3/6 Enfouissement des déchets ultimes Les déchets dits ultimes, c est-à-dire dire ceux dont les caractéristiques ne permettent pas d envisager une forme de valorisation dans les conditions techniques et économiques du moment, doivent être traités. Les Centres d Enfouissement Techniques (CET) ou In Installations de Stockage pour les Déchets Non Dangereux (ISDND) sont indispensables pour accueillir ces déchets. L enfouissement constitue ainsi l exutoire final et obligatoire de toute filière de traitement des déchets ménagers. La loi de 1992 sur la modernisation nisation de la gestion des déchets ménagers a bouleversé la concept de la décharge. Cette réglementation est très stricte et draconienne. L enfouissement consiste toujours à stocker les déchets mais dans des conditions très contrôlées afin de maîtriser leu r impact sur l environnement. ANIMATION ANIMATION FLASH sur l enfouissement dechets.html

4 4/6 Pourquoi recycler? Le recyclage permet de réduire l extraction de matières premières. Une tonne de carton recyclé fait économiser 2,5 t de bois. L aluminium est recyclable à 100 %. Une feuille de papier recyclé économise 1 L d eau et 2,5 W d électricité en plus de 15 g de bois. Une tonne de matière plastique permet d économiser 700 kg de pétrole brut. Le recyclage de 1 kg d aluminium fait économiser environ 8 kg de bauxite, 4 kg de produits chimiques et 14 kwh d électricité. L acier recyclé permet d économiser du minerai de fer. Gestion des déchets plastiques en France Les métaux de l électronique Pour chacun des métaux cités, sont indiqués le pourcentage de métal issu du recyclage utilisé dans l industrie électronique et la date d épuisement des réserves dans le cadre d une extraction à un coût admissible. D après le site

5 5/6 Choix de la valorisation énergétique ou incinération Cette valorisation consiste à utiliser l énergie de la combustion qui sert à détruire définitivement l objet en plastique don t le fort pouvoir calorifique (Cm = 23 MJ.kg-1) permet de produire de l électricité et de la vapeur (utilisée ensuite pour du chauffage). Cette incinération produit du CO 2. Le bilan carbone de cette incinération est, par définition, la masse de CO ainsi produite diminuée de la masse de CO 2 qui serait produite pour obtenir la même quantité d énergie à partir de méthane. D autres déchets sont produits : mâchefers (résidus solides recyclables), cendres et fumées. Ces dernières contiennent de nom breuses substances toxiques (oxydes d azote, métaux lourds). Elimination des plastiques Lorsque les matières plastiques ne peuvent être recyclées, on peut les valoriser énergétiquement en les incinérant de façon c ontrôlée. Cette combustion permet de récupérer ou d économiser de l énergie, mais gén ère, outre de l eau et du dioxyde de carbone, des gaz ou des substances toxiques, qu il convient d éliminer. Ainsi, la combustion du polychlorure de vinyle (PVC) libère du chlorure d hydrogène, HCl. Le pouvoir calorifique inférieur, PCI, correspond à l éne l énergie rgie thermique, ou chaleur, dégagée par la combustion d une unité de masse de combustible. Il s exprime généralement en MJ.kg -1. D après le site du Cercle National du Recyclage,

6 6/6 Eliminer ou recycler? L accumulation des déchets et la raréfaction des matières premières font du recyclage des matériaux un impératif. Certaines f ilières de recyclage, comme le papier, l acier, le verre permettent leur réutilisation. Le verre est un m matériau atériau 100% recyclable : trié et broyé, il est ajouté aux autres matières premières (sable, soude, calcaire) puis refondu. Le recyclage des matières plastiques est plus pro blématique. Souvent utilisées en mélange, leur tri est délicat. Certaines sont recy recyclables clables : broyées ou dissoutes, elles peuvent être réintégrées dans les filières de production. Lorsque les matériaux ne sont pas recyclables, leur élimination est nécessaire. Une valorisation éner gétique est possible par combustion (utilisation de la chaleur eur produite). Les recherches s orientent également vers la fabrication de matériaux biodégradables. Le recyclage des bouteilles d eau peut servir à produire un fil textile utilisé pour le tissage des tissus polaires. Recyclage des plastiques - La production annuelle mondiale de matières plastiques est très importante. Le recyclage chimique consiste en une dépolymérisation du polymère Ainsi, en 2008, elle était de 245 millions de tonnes. Compte tenu du permettant de récupérer le monomère. Les plastiques plas utilisés dans ce cas sont vieillissement de ces matières et de leur utilisation parfois éphémère, leur ceux qui ont été contaminés par mélange à d autres plastiques ou à d autres recyclage se développe de plus en plus. déchets. Les principaux emballages recyclables sont les bouteilles et flacons ménagers, Thermoplastique, thermodurcissable ainsi que les films d emballages industriels. Les matériaux qui les constituent, dits thermoplastiques, peuvent être refondus après tri, broyage et ne nettoyage Les polymères thermoplastiques se ramollissent lors de leur chauffage. Leurs chaînes sont le plus souvent linéaires. soigneux, pour être transformés en nouveaux objets. Les polymères thermodurcissables durcissent lors de leur chauffage. Leurs Le recyclage mécanique consiste en un broyage des matériaux, après un tri et dire reliées entre elles) et forment une structure un lavage rigoureux ; ils sont ensuite directement transformés en produits finis. chaînes sont réticulées (c est-à-dire C est le cas des matières plastiques non fusibles, dites thermodurcissables. Les tridimensionnelle. plastiques utilisés dans ces deux cas sont ceux qui ont été triés et qui n'ont pas D après «Le recyclage des emballages plastiques ménagers», Découverte, Revue du Palais de la découverte, n 300, 2002 été contaminés.