Une nouvelle classe de matériaux polymères recyclables pourrait un jour contribuer à réduire les déchets plastiques

Des centaines de millions de tonnes du plastique à usage unique finit chaque année dans les décharges, et même le faible pourcentage de plastique recyclé ne peut pas durer éternellement.Mais notre groupe de scientifiques en matériaux a développé une nouvelle méthode pour créer et déconstruire des polymères qui pourrait conduire à des plastiques plus facilement recyclables – des méthodes qui ne nécessitent pas que vous triiez soigneusement tout ce que vous recyclez le jour de la poubelle.

Au cours du siècle qui a suivi leur conception, les gens ont compris les énormes impacts – bénéfiques et néfastes – des plastiques sur les vies humaines et l’environnement.En tant que groupe de scientifiques en polymères déterminés à inventer des solutions durables aux problèmes du monde réel, nous avons décidé de résoudre ce problème en repensant la façon dont les polymères sont conçus et en fabriquant des plastiques intégrant la recyclabilité.

Pourquoi utiliser du plastique, de toute façon ?

Les articles du quotidien, notamment les pots à lait, les sacs d'épicerie, les contenants à emporter et même les cordes, sont fabriqués à partir d'une classe de matériaux polymères appelés polyoléfines.Les polyoléfines composent autour la moitié des plastiques produits et éliminés chaque année.

Ces polymères sont utilisés dans les plastiques communément étiquetés HDPE, LLDPE ou PP, ou par leurs codes de recyclage n°2, n°4 et n°5, respectivement.Ces plastiques sont incroyablement durables car liaisons chimiques qui les composent sont extrêmement stables.Mais dans un monde mis en place pour une consommation à usage unique, il ne s’agit plus d’une caractéristique de conception mais plutôt d’un défaut de conception.

Imaginez si la moitié des plastiques utilisés aujourd’hui étaient recyclables par deux fois plus de procédés qu’aujourd’hui.Même si cela ne permettrait pas d’atteindre un taux de recyclage de 100 %, un passage d’un chiffre à un chiffre – actuellement environ 9% – à deux chiffres aurait un impact considérable sur les plastiques produits, les plastiques accumulés dans l’environnement et leur capacité de recyclage et de réutilisation.

Méthodes de recyclage que nous avons déjà

Même les plastiques qui arrivent dans une installation de recyclage ne peut pas être réutilisé exactement de la même manière qu’ils étaient utilisés auparavant : le processus de recyclage dégrade le matériau, ce qui lui fait perdre son utilité et sa valeur.Au lieu de fabriquer un gobelet en plastique qui est déclassé à chaque fois qu'il est recyclé, les fabricants pourraient potentiellement fabriquer du plastique une seule fois, le collecter et le réutiliser encore et encore.

Le recyclage conventionnel nécessite un tri minutieux de tous les matériaux collectés, ce qui peut s'avérer difficile en raison de la diversité des plastiques.Ici aux États-Unis, la collecte s'effectue principalement via recyclage en flux unique – tout, des canettes métalliques aux bouteilles en verre, en passant par les boîtes en carton et les gobelets en plastique, finit dans la même poubelle.Séparer le papier du métal ne nécessite pas de technologie complexe, mais trier un récipient en polypropylène d'un pot à lait en polyéthylène est difficile à faire sans commettre des erreurs occasionnelles.

Lorsque deux plastiques différents sont mélangés lors du recyclage, leurs propriétés utiles sont considérablement réduites, au point de les rendant inutiles.

Mais supposons que vous puissiez recycler l’un de ces plastiques par une méthode différente, afin qu’il ne finisse pas par contaminer le flux de recyclage.Lorsque nous avons mélangé des échantillons de polypropylène avec un polymère que nous avions fabriqué, nous étions encore capable de se dépolymériser – ou décomposer le matériau – et retrouver nos éléments de base sans affecter chimiquement le polypropylène.Cela indiquait qu'un flux de déchets contaminés pouvait encore récupérer sa valeur et que les matériaux qu'il contenait pouvaient être recyclés, soit mécaniquement, soit chimiquement.

Les plastiques dont nous avons besoin – mais plus recyclables

Dans une étude publiée en octobre 2023, notre équipe a développé une série de polymères avec seulement deux éléments de base simples – un polymère mou et un polymère dur – qui imitent les polyoléfines mais pourraient également être recyclés chimiquement.

Connecter deux polymères différents ensemble plusieurs fois jusqu'à ce qu'ils forment une seule et longue molécule crée ce qu'on appelle un polymère multibloc.En ajustant simplement la quantité de chaque type de polymère entrant dans le polymère multibloc, notre équipe a créé une large gamme de matériaux dont les propriétés s'étendent à tous les types de polyoléfines.Mais créer ces polymères multiblocs est plus facile à dire qu’à faire.

Pour lier ces polymères durs et mous, nous adapté une technique qui n’était auparavant utilisé que sur de très petites molécules.Cette méthode est améliorée par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication de polymères étape par étape, développées dans les années 1920, où les groupes réactifs à l'extrémité des molécules doivent être exactement adaptés.

Dans notre méthode, les groupes réactifs sont désormais les mêmes les uns que les autres, ce qui signifie que nous n’avons pas eu à nous soucier d’apparier les extrémités de chaque élément constitutif pour fabriquer des polymères capables de rivaliser avec les polyoléfines que nous utilisons déjà.En utilisant la même stratégie, appliquée à l’envers en ajoutant de l’hydrogène, nous pourrions déconnecter les polymères en leurs éléments constitutifs et les séparer facilement pour les réutiliser.

Avec un presque doublement de la consommation annuelle de plastique projetée jusqu’en 2050, la complexité et la quantité du recyclage du plastique ne feront qu’augmenter.C’est une considération importante lors de la conception de nouveaux matériaux et produits.

Utiliser seulement deux éléments de base pour fabriquer des plastiques dotés d’une grande variété de propriétés peut grandement contribuer à réduire et à rationaliser le nombre de plastiques différents utilisés pour fabriquer les produits dont nous avons besoin.Au lieu d’avoir besoin d’un plastique pour fabriquer quelque chose de souple, d’un autre pour quelque chose de rigide, et d’un troisième, d’un quatrième et d’un cinquième pour les propriétés intermédiaires, nous pourrions contrôler le comportement des plastiques en modifiant simplement la quantité de chaque élément constitutif présent.

Même si nous sommes encore en train de répondre à de grandes questions sur ces polymères, nous pensons que ces travaux constituent un pas dans la bonne direction vers des plastiques plus durables.

Nous étions capable de créer des matériaux qui imitent les propriétés des plastiques dont le monde dépend, et notre objectif est désormais de créer des compositions plastiques que vous ne pourriez pas obtenir avec les méthodes existantes.