L’avenir des composites fibres de carbone : recyclables, réparables et thermoformables

Les CFRP sont des matériaux composites utilisés dans de nombreuses industries, notamment en aéronautique et dans l’éolien. Selon POLYVIA, la demande en CFRP a triplé entre 2010 et 2020 et devrait dépasser 190 kilotonnes d’ici 2050. En revanche, il est clair que la question de leur fin de vie deviendra très bientôt préoccupante, puisque d’ici 2025, la génération annuelle de déchets de CFRP atteindra 20 kilotonnes.

Or, pour la suite, les scénarios sont clairs : on sait déjà que ce chiffre avoisinera 38 kt par an après 2030, notamment en raison des nombreux parcs éoliens qui arrivent en phase de démantèlement. Enfin, le problème ne fera que s’aggraver dans les décennies à venir, lorsqu’il sera aussi question du démantèlement d’avions tels que l’A350, composés à plus de 50 % de CFRP !

Vers des composites CFRP recyclables et réparables

Dans un article publié en open access, des chercheurs américains d’Oak Ridge National Laboratory expliquent avoir développé un composite vitrimère renforcé par des fibres de carbone (CFRV), recyclable en boucle fermée et dont les propriétés sont similaires aux matériaux thermodurcissables.

Le secret vient d’une adhérence interfaciale exceptionnelle, qui résulte de la synergie entre :

• un polymère de base modifié par un ester boronique ;
• un réticulant multidiol ;
• des fibres de carbone fonctionnalisées par un diol.

Par ailleurs, le caractère recyclable de ce matériau est directement lié à la réticulation dynamique du polymère de base, qui permet de rompre les liaisons chimiques. Mais ce n’est pas le seul avantage de ce matériau : comme les autres composites à base de vitrimères, il est compatible avec le procédé de thermoformage, ce qui n’est pas le cas des thermodurcissables.

Le recyclage des CFRP actuels est difficile, mais pas impossible !

Comme le montre cet exemple, de nouveaux composites recyclables et plus simples à mettre en œuvre sont donc en développement, mais que faire des CFRP actuels lorsqu’ils arriveront en fin de vie ?

Il faut savoir qu’ils sont trop souvent considérés à tort comme non recyclables. En effet, bien que leur recyclage soit difficile, il n’est pas techniquement impossible et de nouvelles méthodes de recyclage se développent, boostées par un marché émergent de la fibre de carbone qui se veut très dynamique.

De nombreux industriels se lancent ainsi dans la bataille afin d’exploiter l’immense gisement de fibres de carbone que constituent les déchets. Plusieurs techniques de récupération des fibres existent donc, un sujet que nous avions déjà abordé dans de récents articles.

La PME française Extracthive utilise par exemple la solvolyse, c’est-à-dire l’utilisation d’un solvant chauffé pour séparer la matrice de la fibre de carbone. Son procédé PHYre® permet ainsi de récupérer des fibres de carbone dont le coût n’excède pas celui de la fibre neuve et dont les performances mécaniques sont quasi identiques.

De son côté, la startup Xcrusher a développé un procédé de séparation des fibres de carbone basé sur la circulation de forts courants électriques dans le but de sublimer la résine. Dans l’interview qu’il nous avait accordée en 2021, Abdelaziz Bentaj, fondateur et dirigeant de Xcrusher, nous expliquait que ce procédé permettait de produire des fibres longues dont la capacité en traction équivaut à 90 % de celle des fibres neuves.

Enfin, si la technique de séparation par pyrolyse permet également de séparer la matrice de la fibre, elle a l’inconvénient de produire des résidus autour des fibres, ce qui la rend inutilisable directement. Mais là encore, des méthodes innovantes apparaissent pour améliorer le procédé : c’est notamment le cas d’une technique développée par des chercheurs de l’université de Sydney qui consiste à ajouter une étape d’oxydation à haute température afin d’éliminer les résidus.

Si vous souhaitez approfondir le sujet, nous vous conseillons de lire le guide du recyclage et de l’écoconception des composites établi par POLYVIA. Vous y trouverez notamment un annuaire exhaustif des acteurs du traitement des déchets composites.