Le plastique polyéthylène est mieux recyclé grâce à une astuce métallique

3 octobre 2022

Ellen Phiddian est journaliste scientifique chez Cosmos. Elle est titulaire d'un BSc (avec distinction) en chimie et communication scientifique, ainsi que d'une maîtrise en communication scientifique, tous deux obtenus à l'Université nationale australienne.

Le polyéthylène est l’un des types de plastique les plus répandus au monde.

Bien que facile à fabriquer, il est diablement difficile à décomposer, ce qui rend la réutilisation et le recyclage délicats.

Mais une équipe de chimistes américains a trouvé une nouvelle façon de transformer le polyéthylène en composants – une découverte qui pourrait un jour rendre le polyéthylène entièrement circulaire.

« Dans la mesure où ils sont recyclés, de nombreux plastiques polyéthylène se transforment en matériaux de mauvaise qualité. Vous ne pouvez pas prendre un sac en plastique et en fabriquer un autre avec les mêmes propriétés », explique le professeur John Hartwig, chimiste organométallique à l'Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis.

Hartwig est l'auteur principal d'un article paru dans Science, décrivant comment la longue chaîne moléculaire (polymère) du polyéthylène peut être décomposée en propylène, également appelé propène : une matière première utile pour une variété de choses différentes.

« Si vous pouvez ramener ce sac en polymère à ses monomères, le décomposer en petits morceaux et le repolymériser, alors au lieu d'extraire plus de carbone du sol, vous l'utilisez comme source de carbone pour fabriquer d'autres choses – par exemple, du polypropylène. », déclare Hartwig.

"Nous utiliserions moins de gaz de schiste à cette fin, ou pour les autres utilisations du propène, et pour combler ce que l'on appelle le déficit en propylène."

Le polyéthylène est composé d'atomes de carbone reliés les uns aux autres dans une longue chaîne, avec des atomes d'hydrogène se ramifiant sur le côté.

La liaison entre les atomes de carbone – la liaison carbone-carbone – est difficile à rompre, et encore plus délicate à rompre de manière systématique.

L'innovation des chercheurs consistait à utiliser plusieurs métaux différents pour catalyser deux réactions différentes.

Le premier repose sur un catalyseur à base d’iridium, ou de platine et de zinc, pour modifier la liaison carbone-carbone résistante.

"Nous prenons un hydrocarbure saturé - toutes les liaisons simples carbone-carbone - et retirons quelques molécules d'hydrogène du polymère pour créer des doubles liaisons carbone-carbone, qui sont plus réactives que les liaisons simples carbone-carbone", explique Hartwig.

"Quelques personnes avaient étudié ce processus, mais personne n'y était parvenu sur un véritable polymère."

Ensuite, les chercheurs ont découvert qu’un catalyseur à base de palladium pouvait se jeter sur cette liaison et l’utiliser pour briser progressivement le polymère avec une substance appelée éthylène.

"Une fois que nous avons une longue chaîne avec une double liaison carbone-carbone à l'extrémité, notre catalyseur prend cette double liaison carbone-carbone et l'isomérise, un carbone dedans", explique Hartwig.

« L’éthylène réagit avec ce produit isomérisé initial pour former du propylène et un polymère presque identique, juste plus court, avec une double liaison à l’extrémité.

« Et puis ça fait la même chose encore et encore. Il fait un pas, se fend ; entre, se fend; entre et se fend jusqu'à ce que tout le polymère soit coupé en morceaux de trois carbones. D’une extrémité de la chaîne, il ronge simplement la chaîne et crache des propylènes jusqu’à ce qu’il ne reste plus de chaîne.

Ils ont réussi à convertir 80 % de leur polyéthylène en propylène : de petites molécules comportant chacune trois atomes de carbone.

Il y a encore beaucoup de travail à faire avant que le procédé puisse être industrialisé.

À l'heure actuelle, par exemple, les deux catalyseurs doivent être sous forme liquide. Les chercheurs espèrent plutôt trouver des catalyseurs solides, car ils sont plus faciles à réutiliser.

Hartwig dit que la technique est « loin d’être commercialisée ».

"Mais il est facile de voir comment ce nouveau procédé pourrait convertir la plus grande quantité de déchets plastiques en une énorme matière première chimique - avec beaucoup plus de développement, bien sûr."

Publié à l'origine par Cosmos sous le titre Un peu de métal peut transformer du plastique vexatoire en une matière première durable

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