La révolution du recyclage des fibres de carbone profite à l’industrie
Les polymères renforcés de fibres de carbone sont des matériaux composites abondamment utilisés dans de nombreuses applications techniques exigeantes, notamment dans la construction d’avions et d’engins spatiaux. D’autres secteurs où la résistance et la légèreté sont primordiales y ont également recours, notamment les secteurs de la fabrication d’articles de sport de haute qualité et des composants automobiles. «En général, les matrices polymères sont relativement fragiles», explique Marc Martín, responsable scientifique du projet CUSTOMISIZE au Leitat, en Espagne. «Renforcer les polymères avec des fibres de carbone plus rigides améliore considérablement la résistance du composite final, sans pour autant compromettre le facteur poids.»
Le défi du recyclage
La recyclabilité est un facteur essentiel. Plus de 30 % de l’ensemble des fibres de carbone produites se transforment en déchets à un moment donné du processus de fabrication, ou en composants en fin de vie. Résoudre ce problème offrirait une opportunité environnementale et économique majeure aux industries à forte consommation d’énergie telles que l’aviation. Toutefois, l’un des principaux défis consiste à ce jour à obtenir de la fibre de carbone recyclée qui conserve les mêmes propriétés mécaniques que la fibre de carbone vierge. «Les performances de tout matériau composite sont fortement liées à l’adhérence entre la matrice hôte et la fibre de renfort», fait remarquer Marc Martín. «Les fibres de carbone recyclées possèdent généralement moins d’un quart de l’oxygène de surface disponible par rapport à la fibre vierge – ce qui induit une réduction de l’adhésion.» La complexité technique requise pour surmonter ce problème, ainsi que la demande de l’industrie en matériaux de la plus haute qualité, ont mené les industries à rejeter l’utilisation de matériaux recyclés pour les applications haut de gamme, telles que le secteur aéronautique.
Avantages pour l’industrie
Pour répondre à ces défis, le projet CUSTOMISIZE s’est concentré sur la recherche et le développement de nouveaux processus et méthodes de récupération des fibres de carbone usagées. Il a également cherché à améliorer l’adhérence entre la fibre de carbone et les matrices polymères, en recouvrant chaque fibre individuelle d’une fine couche homogène appliquée au cours du processus de fabrication (un processus appelé encollage). «Tout d’abord, nous avons passé en revue la littérature scientifique actuelle concernant les traitements de surface des fibres de carbone», explique Marc Martín. «Nous avons ensuite développé, en tenant compte de l’état de l’art, plusieurs procédés d’encollage adaptés à différentes matrices polymères.» L’étape suivante a consisté à produire des composites renforcés, incorporant la fibre de carbone recyclée avec les techniques d’encollage nouvellement développées. Le matériau recyclé est le fruit de deux processus de recyclage différents: la thermolyse de la vapeur d’eau et la pyrolyse. Pour finir, nous avons effectué des tests mécaniques sur les composites, afin de comparer les performances des encollages. Le projet a confirmé qu’il était délicat d’obtenir des propriétés mécaniques haut de gamme avec des fibres de carbone recyclées. Mais malgré les difficultés, plusieurs découvertes importantes ont été réalisées. Par exemple, certaines fibres de carbone recyclées par pyrolyse ont affiché de meilleures propriétés mécaniques que les matériaux issus de la thermolyse de la vapeur d’eau. Des progrès ont également été réalisés dans l’amélioration des méthodes d’encollage des fibres de carbone. «La prochaine étape consistera à faire passer nos traitements d’encollage de l’échelle du laboratoire à celle de l’usine pilote», ajoute Marc Martín. «Cela permettra de faire valoir davantage d’utilisations finales potentielles, telles que les tableaux de bord des voitures et les articles de sport.» L’aviation – l’une des sources d’émissions de gaz à effet de serre qui connaît la plus forte croissance – restera le principal marché potentiel. Animé par la volonté de réduire le poids et la consommation de carburant, le secteur de l’aviation est le plus grand consommateur de fibre de carbone. «Au cours des 20 prochaines années, quelque 12 000 avions arriveront en fin de vie», observe Marc Martín. «Il n’existe actuellement aucun processus efficace de recyclage des précieux composants renforcés de fibres de carbone. Nous espérons que les résultats obtenus et les enseignements tirés du projet CUSTOMISIZE permettront à l’avenir de mettre au point des processus plus efficaces et plus rentables de recyclage des fibres de carbone.»
Mots‑clés
CUSTOMISIZE, carbone, polymères, aviation, ingénierie, recyclabilité, avion
