Soutenance de thèse Henda MRABTI (PMN)

Contrôle et amélioration des propriétés des matières plastiques recyclées durant leur transformation en vue de leur réutilisation

Résumé :

Le recyclage mécanique des polyolénes se heurte à deux obstacles : la dégradation thermomécanique à chaque cycle de transformation et la contamination du polypropylène par du polyéthylène. Cette thèse explore le suivi de ces deux phénomènes durant la mise en œuvre. Un polypropylène copolymère à impact (IPC) est soumis à des cycles successifs de moulage par injection et rebroyage des pièces produites sur deux presses diérant par leur diamètre de vis de plastication (Ø30 et Ø36 mm). Les paramètres des phases d’injection, de maintien et de refroidissement sont maintenus identiques tandis que les paramètres de plastication étaient variés. L’analyse de la variance (ANOVA) a permis de séparer objectivement, au sein d’eets souvent faibles et entremêlés, ce qui relève du nombre de cycles d’injection des autres paramètres de plastication et d’attester la signicativité statistique de chaque facteur. L’ensemble des propriétés matière mesurées (uidité, couleur, module de exion, résistance au choc, morphologie de la phase dispersée, comportement thermique) converge vers une dégradation croissante avec le nombre de cycles d’injection, dominée par une scission de chaînes de la matrice PP comme l’atteste l’augmentation de l’indice de uidité (MFI). Le jaunissement mesuré par Δb* sur l’échelle colorimétrique Lab et la chute du module de exion constituent des indicateurs simples de la dégradation de la matrice de l’IPC, sans contribution détectable de la phase dispersée EPR. L’augmentation de Δb* ne dépend uniquement que du temps de séjour cumulé tandis que la diminution du module de exion ne dépend que du cisaillement cumulé dans la phase de plastication, et cela quel que soit le prol de la vis utilisée dans ce travail. La dégradation de la phase EPR possède en revanche son propre marqueur, distinct : la croissance des nodules mise en évidence par MEB qui accompagne la perte de résistance au choc Charpy entaillé.

En parallèle, nous avons pu évaluer le potentiel de diérentes spectroscopies : UV-Vis-NIR, Raman, moyen infrarouge et proche infrarouge pour analyser l’eet du recyclage sur l’IPC.

Les observations issues de ces quatre techniques sont cohérentes avec les mêmes mécanismes déjà identiés : les cycles thermomécaniques provoquent des scissions de chaînes, ampliées par l’oxydation, qui modient l’organisation macromoléculaire. Dans l’UV-visible, le recyclage se traduit par l’accumulation progressive de chromophores d’oxydation et par l’abaissement du seuil  d’absorption  apparent,  lié  au  jaunissement déjà observé par colorimétrie. En Raman, la réponse est d’ordre conformationnel : des rapports d’intensité de bandes sensibles à la régularité conformationnelle évoluent, de façon signicative, au l des cycles d’injection. En MIR, la signature chimique globale est conservée, mais l’apparition de bandes dans la région 1580–1850 cm-1, associées aux groupements de type carbonyle et vinyle, conrme la dégradation oxydative, détectée précédemment en UV-visible. En NIR, enn, l’ACP des spectres moyens discrimine les nombres de cycles d’injection dès les données brutes, mais cette séparation relève surtout d’eets d’intensité et de diusion. Le NIR retrouve la hiérarchie des paramètres et conrme son potentiel pour un tri rapide, sous réserve de prétraitements adaptés. De plus, des enseignements méthodologiques se dégagent : la correction de ligne de base est souvent une condition de possibilité de l’analyse ; sur spectres bruts, les phénomènes de diusion et de uorescence dominent souvent les réponses spectrales et nécessitent des traitements de ligne de base adaptés. Enn, une extrudeuse bi-vis instrumentée (rhéométrie capillaire et sonde NIR en ligne) suit en continu l’IPC recyclé et des mélanges IPC/PEHD (0–30 %). La rhéométrie discrimine le vierge du recyclé, et, dans le cas des mélanges, la viscosité augmente assez peu et conserve le même caractère rhéouidiant que la matrice IPC. La réponse NIR est sensible au taux de PEHD dans les mélanges étudiés. L’analyse ACP sépare et met en évidence une évolution proportionnelle avec la composition des mélanges, de même que la mesure de rapports d’intensité relatifs aux groupements CH2/CH3. Ces résultats fondent une stratégie possible de contrôle en ligne du recyclage des polyolénes.