Chapitre I. Étude Bibliographique
I. 3.4- Conclusion
La morphologie des mélanges de polymères est primordiale et détermine dans une large mesure leurs propriétés. Elle est le résultat de nombreux paramètres procédés et matériaux et peut donc difficilement être pleinement contrôlée dans les procédés de mise en œuvre traditionnels. Une démarche relativement récente consiste à mettre en place des outils ou des procédés novateurs de structuration permettant un meilleur contrôle de la morphologie de mélanges, et, par conséquence, des mélanges présentant des propriétés améliorées.
Une revue de ces outils a permis d’en dégager principalement trois types. Le premier, fondé sur le mélange chaotique par advection, est un outil de mélange intelligent conçu et utilisé par une équipe américaine et permet d’obtenir, de façon contrôlée, des morphologies très variées : nodulaires, fibrillaires et multicouches. Il semble cependant peu versatile et suppose une maitrise spécifique de l’outil de mélange, par ailleurs assez complexe à mettre en place. Le deuxième outil, le procédé de microfibrillation, connait un succès grandissant dans le cadre de fabrication de composites « micro/nano-fibrillés » renforcés, offrant des propriétés mécaniques équivalentes aux composites chargés de fibres de verre par exemple. Enfin, le troisième outil permet de structurer la morphologie de mélanges sous forme de couches alternées, chacune pouvant atteindre des épaisseurs très faibles. Les propriétés améliorées dans ce cas sont dues soit à des effets de structure, d’interface ou de confinement.
Les procédés de structuration sont extrêmement intéressants dans le cadre du recyclage et permettent potentiellement d’offrir une voie de valorisation, par voie de mélanges structurés,
à des polymères recyclés. Quelques tentatives timides ont été entreprises avec certains de ces outils dans le cadre du recyclage, essentiellement avec des polymères vierges.
I.4- Conclusions de l’étude bibliographique et démarche et
objectifs scientifiques de la thèse
Ce travail de recherche se place résolument dans le contexte du recyclage des polymères, qui reste un enjeu majeur des prochaines décennies. Le gisement de déchets plastiques envisagés dans le cadre de ce travail est celui des DEEE, en constante augmentation et dont la gestion se heurte à de nombreuses difficultés détaillées dans cette revue bibliographique. Ce travail s’inscrit dans la continuité directe d’un projet financé par l’ADEME sur la valorisation des déchets issus des DEEE. En particulier, cette étude a pu montrer qu’une voie de valorisation à explorer pour ces déchets était la voie mélange. Mélanger astucieusement des déchets DEEE entre eux, avec des déchets issus d’autres sources, ou avec de la matière vierge permettrait d’obtenir des propriétés améliorées et donc d’envisager une voie de valorisation économiquement viable pour ces déchets.
Pour conférer des propriétés améliorées au mélange, la stratégie développée dans le cadre de cette thèse est celle de structuration des morphologies de mélange, thématique scientifique principale de l’équipe P-2AM (Propriétés et Architecture des Alliages et Mélanges) du CNAM. Cette équipe développe en effet des stratégies et/ou des outils de mélange « intelligents » destinés à mieux contrôler les morphologies de mélanges dans les procédés industriels de mise en œuvre, en vue d’amélioration de propriétés. Cette démarche de structuration est de plus en plus développée dans le domaine de la mise en œuvre et consiste à mettre en place des stratégies/outils pour mieux maitriser l’organisation de la matière aux différentes échelles, dans le but d’obtenir des propriétés spécifiques améliorées. Elle est particulièrement bien adaptée à la problématique du recyclage, en particulier des polymères techniques, qui nécessitent une amélioration des propriétés pour compenser les pertes des matière recyclées liées au vieillissement pendant les différentes mises en œuvre et les cycles de vie de la pièce.
Dans la continuité du projet ADEME mené au laboratoire, ce travail de thèse se focalise sur les mélanges ABS/PC. Néanmoins, il est important de souligner que ce travail sera conduit exclusivement avec des polymères vierges, i.e. non recyclés. Ce choix a été fait dans le but de
ne pas alourdir les travaux avec les phénomènes de dégradation (auxquels les déchets de DEEE sont particulièrement sensibles), ou la question délicate d’approvisionnement de la matière recyclée. La gestion de ces questions, mises en évidence en particulier lors de l’étude ADEME, nécessite de mettre en place une méthodologie en marge des compétences scientifiques du laboratoire. L’application de la démarche de structuration développée dans le cadre de cette thèse sur des mélanges de polymères vierges ABS et PC, reste donc à être appliquée à de la matière recyclée.
Dans l’optique de coller aux mieux à la réalité du recyclage des DEEE, les compositions de mélange auxquelles on s’intéresse correspondent aux compositions des gisements de DEEE. Dans le cadre de ce travail, elle est fixée à la composition suivante : 70% en masse d’ABS pour 30% de PC. Ce choix de fixer la composition du mélange, aussi limitatif qu’il puisse paraître dans le cadre d’une thèse, se justifie par le fait que l’objectif de cette dernière est bien de modifier la morphologie à l’aide d’outils spécifiques de structuration. Ce choix permettra donc de se concentrer sur l’effet de la morphologie du mélange ABS/PC sur les propriétés finales. Il est à souligner que, comme le montrent les nombreux résultats de la littérature, les propriétés mécaniques, en particulier la résistance au choc, connaissent une déviation négative pour les compositions majoritaires en ABS. Cela renforce d’autant plus le besoin d’améliorer les propriétés mécaniques par le biais de la structuration.
Les structures que l’on cherche à créer sont allongées (fibrilles et/ou lamelles) et devraient offrir des améliorations de propriétés mécaniques. Concrètement, il s’agit donc de disperser le PC sous forme de structures allongées dans de l’ABS. De telles structures pour le mélange ABS / PC semblent difficiles à créer et se rencontrent rarement dans la littérature. Une raison à cela réside dans le fait que le PC est généralement plus visqueux que l’ABS et donc difficile à déformer et étirer dans la phase ABS plus fluide.
Nous allons donc mettre en œuvre des outils de structuration, pour essayer de « forcer » la formation de structures allongées. En particulier, la structuration envisagée comporte deux étapes. Une première lors de laquelle on crée des granulés structurés avec ces structures allongées (fibres ou multicouches/lamelles) ; une seconde qui permet de mettre en œuvre ces granulés en essayant de conserver la structure formée.
Deux outils sont principalement étudiés : un outil multiplicateur de couches, puis un outil de fibrillation. L’originalité de notre approche réside dans le fait de combiner ces outils de structuration avec des approches de compatibilisation. Le couplage entre les écoulements
mélanges de polymère reste un sujet scientifique d’actualité. Par-delà le contexte du recyclage et de la problématique des mélanges ABS/PC, un certain nombre de questions scientifiques sous-tendent ces travaux de thèse. Comment générer et conserver des morphologies de mélanges allongées (lamelles, fibrilles, …) ? Comment rendre ces morphologies plus fines ? La compatibilisation permet-elle d’améliorer la démarche de structuration adoptée, d’obtenir des structures plus fines, des structures plus stables ?