La chimie peut-elle régler la crise mondiale du recyclage des plastiques? Des entreprises et des chercheurs d’ici proposent de jongler avec les molécules.
Pierre Benabidès exhibe une fiole contenant des fragments de polypropylène rigide déchiqueté : ils sont roses, blancs, jaunes, bleus ou orange. Une autre fiole renferme la résine recyclée qui en résulte : des granules d’une couleur gris-vert ayant très peu de chances d’être élue couleur Pantone de l’année. « C’est comme un potage : il vire toujours au brunâtre, peu importe les légumes utilisés ! Il faudrait séparer les couleurs », indique le conseiller principal en matériaux et développement de marchés chez Éco Entreprises Québec, qui travaille de près avec les recycleurs et les centres de tri.
Cette soupe est le résultat du recyclage tel qu’il est pratiqué aujourd’hui. Il est dit « mécanique » : il consiste à trier, nettoyer, déchiqueter et fondre les plastiques pour en faire de nouvelles billes de résine. Bien qu’il soit essentiel, il a ses limites, comme en fait foi la crise mondiale qui plombe l’industrie du recyclage et à laquelle notre province n’échappe pas. Dans son dernier budget, Québec a donc annoncé des investissements de 100 millions de dollars sur cinq ans pour améliorer la gestion des matières résiduelles. De son côté, Recyc-Québec a financé des projets pour rehausser les performances des recycleurs et des conditionneurs d’ici et leur ouvrir de nouveaux marchés. C’est clair, plus de solutions locales s’imposent.
À la suite de ce préambule, Pierre Benabidès sort ses briques Lego. Elles lui servent à illustrer auprès des néophytes la différence entre le recyclage classique et le recyclage nouveau genre, qui s’appuie sur la chimie. Il construit d’abord la réplique d’une macromolécule de plastique : un monomère (habituellement dérivé des hydrocarbures) répété des milliers de fois. Il y ajoute ensuite de petites pièces, qui symbolisent les additifs (plastifiants, antioxydants, pigments, etc.).
«Le recyclage mécanique ne touche pas à ça», déclare-t-il. Ou si peu; le seul résultat est une réduction de la longueur des macromolécules, due à la chaleur ; on peut passer de 25 000 répétitions du monomère à 18 000 par exemple. Cela diminue la qualité du plastique et explique pourquoi les bouteilles d’eau ne peuvent être recyclées que trois ou quatre fois. En faisant appel également à la chimie, le recyclage du plastique pourrait s’opérer à l’infini.
Et c’est là que des scientifiques interviennent. Dans le monde, on recense au moins 60 entreprises émergentes qui proposent des technologies de pointe pour recycler autrement les plastiques, dont plusieurs au Québec, selon un rapport récent de la firme d’investissement Closed Loop Partners. « Ces compagnies ont à leur tête des titulaires de doctorat. C’est vraiment du haut niveau », lance Pierre Benabidès. Ces entreprises devraient traiter jusqu’à 36 % des plastiques pour améliorer le bilan canadien dès 2030, signale une étude économique réalisée pour Environnement et Changement climatique Canada cette année.
Ce «nouveau» recyclage aime particulièrement jouer aux Lego, dit le conseiller. En gros, il consiste à récupérer les briques. Le concept existe depuis longtemps ; des articles scientifiques sur le recyclage chimique datent d’aussi loin que les années 1970. On utilisait alors chaleur et pression pour défaire les polymères en laboratoire. «Mais les entreprises émergentes parviennent à effectuer le travail sans employer beaucoup d’énergie. Ça devient intéressant en termes d’émissions de gaz à effet de serre et sur le plan économique.» Un marché de 120 milliards de dollars s’offre ainsi aux recycleurs du Canada et des États-Unis, selon le rapport de Closed Loop Partners.
Pac-Man et boulets volants
Karine Auclair parle des enzymes comme on parlerait d’idoles. « Elles sont bien meilleures que les chimistes ! » rigole la chercheuse (et chimiste !) en me faisant visiter son laboratoire à l’Université McGill. Ces protéines sécrétées par les cellules des organismes vivants accélèrent des réactions chimiques précises.
Toc, toc ! Un colis arrive : une reproduction géante d’une illustration ludique accompagnant une publication récente de la chercheuse parue dans la revue ChemSusChem. On y voit une grosse crevette assaillie par des enzymes ressemblant à Pac-Man et d’immenses boules métalliques volantes. Remplacez la crevette par un bout de plastique et vous aurez un magnifique résumé de la technologie imaginée par l’équipe de Karine Auclair. En instance de brevet, la méthode avait d’abord été mise au point pour dégrader la chitine, un polymère naturel présent dans la carapace des crustacés. Elle servira maintenant à recycler le polyéthylène téréphtalate (PET).
Quelques enzymes capables de dégrader le PET ont été mises au jour par des scientifiques ces dernières années. L’équipe de Karine Auclair les teste seules ou combinées pour parvenir à récupérer les ingrédients initiaux servant à fabriquer ce plastique. Photo: Maxim Morin/OSA
Sa particularité? Elle s’inspire de la nature. «Quand on utilise les enzymes dans un laboratoire, elles sont toujours diluées avec beaucoup d’eau, indique la chimiste, qui a conçu le procédé mécanochimique avec son collègue Tomislav Friščićet deux jeunes chercheurs. Dans la nature, c’est pourtant très différent. Pensons à un champignon qui relâche des enzymes sur un arbre pour couper les grosses molécules. Un peu d’humidité suffit.»
Pas besoin, donc, de plonger le plastique dans une solution pour que les enzymes s’y attaquent. Les rendements sont même meilleurs sans un «déluge d’eau» ! L’enzyme s’installe sur une molécule de plastique et rapproche une molécule d’eau, ce qui favorise une réaction avec un atome de carbone et entraîne une cassure. Pour stimuler le procédé, on ajoute des billes métalliques − comme celles de l’affiche − et l’on brasse.
L’entreprise française Carbios recourt également à des enzymes pour recycler le PET et affirme parvenir à un taux de dépolymérisation frôlant les 100 %. L’équipe de Karine Auclair n’a pas encore atteint cet objectif, mais sa technologie réduit au minimum les besoins en eau et donc les rejets d’eaux usées, ce qui n’est pas négligeable. Reste que la route est longue pour passer du laboratoire à l’industrie. Encore plus pour recycler tous les plastiques.
Un marché qui s’ouvre
«Une bouteille d’eau ?» me propose Stephanie Corrente. Je décline l’offre parce qu’on est en 2019. Mais la directrice du marketing de Loop Industries rappelle qu’elle sera recyclée illico dans l’usine pilote à l’échelle commerciale située juste au-dessous de la salle de conférences où nous nous trouvons, à Terrebonne. Arrive Adel Essaddam, portant un jeans skinny et des bas à motifs de cactus, qui va me faire visiter l’endroit où du PET (sous forme de contenants, mais aussi de fibres provenant de vêtements et de tapis) est traité pour revenir aux monomères. Le scientifique en chef de l’entreprise a mis au point la solution avec son père, ancien professeur en Tunisie, et son frère.
Il a été impossible d’obtenir la recette de leur dépolymérisation. Selon le compte rendu d’une conférence ayant eu lieu en Europe plus tôt cette année, il s’agirait à tout le moins d’une méthanolyse, c’est-à-dire que la réaction de dégradation se ferait avec du méthanol, aidée d’un catalyseur non dévoilé, à basse pression et à température ambiante. «Notre technologie permet de traiter des matières dont personne ne veut à l’heure actuelle», mentionne Adel Essaddam en pointant un sac de fragments de plastique multicolores.
Le sac comprend 85 % de PET, mélangé à d’autres plastiques comme du polyéthylène et du polypropylène, qui composent les bouchons et les étiquettes des contenants. «Les recycleurs ne peuvent pas fondre ce mélange pour en refaire des bouteilles, signale M. Essaddam. Notre procédé ne va attaquer que le PET.» Les autres plastiques restent intacts et pourraient ainsi être acheminés à un autre recycleur. Les additifs peuvent quant à eux être employés pour produire de l’énergie.
Une première usine de Loop Industries permettant de recycler 40 000 tonnes de PET annuellement doit ouvrir fin 2020 en Caroline du Sud, en partenariat avec le géant pétrochimique Indorama. Cette entreprise récupérera les monomères pour faire du plastique. « va le vendre aux Pepsi, Coca-Cola et Evian de ce monde, informe Adel Essaddam. Toutes les grosses compagnies se sont engagées à aller vers le recyclé, certaines avec des objectifs assez ambitieux.» Evian, par exemple, veut utiliser uniquement du plastique recyclé dès 2025. Demain, quoi !
Pour l’instant, faute de demande, les entreprises canadiennes fabriquent 30 fois moins de résine recyclée, chère et moins performante à certains égards, que de résine neuve. Des producteurs de résine recyclée ont même fermé leurs portes ces dernières années en Amérique du Nord. Mais les choses pourraient bouger.
Dans le four à micro-ondes
À l’usine pilote de Pyrowave, j’ai vu le four à micro-ondes le plus énorme qu’il m’ait été donné de voir. Imaginez un appareil 100 fois plus puissant que celui qui réchauffe vos restants de la veille au bureau. « C’est le cœur de notre technologie », dit le cofondateur de l’entreprise Jean-Philippe Laviolette, titulaire d’un doctorat en génie chimique de Polytechnique Montréal. Le four ne ressemble en rien à un électroménager et ne fait jamais « ding », car il fonctionne en continu pour recycler les deux tonnes de polystyrène que les habitants de Salaberry-de-Valleyfield lui ont confiées en moins d’un an.
Le polystyrène dissous dans un solvant est injecté dans le réacteur par le conduit sur la gauche. Sous l’effet de la chaleur, les molécules se défont et les monomères, sous forme gazeuse, s’échappent par la colonne du haut vers des condenseurs, puis vers une cuve. Une colonne à distiller permet ensuite de purifier les monomères pour les vendre aux producteurs de polystyrène. Image: Pyrowave/Éric Carrière
Avant d’être introduit dans le four, le polystyrène est déchiqueté. Il est dissous dans un réservoir légèrement chauffé contenant un solvant, puis est injecté dans un réacteur où des micro-ondes procurent l’énergie nécessaire pour dépolymériser la matière en l’absence d’oxygène, ce qu’on appelle une pyrolyse. On parvient ainsi à extraire le monomère, le styrène, qui sera plus tard purifié par distillation.
Sur le plan énergétique, le procédé est ultra efficace, car les micro-ondes ne chauffent pas tout le réacteur, mais uniquement un solide (des particules de carbure de silicone brevetées) utilisé comme récepteur. Un parfait mariage entre les génies chimique et électrique. « On a dû se former nous-mêmes. Au début, on a travaillé avec des gens de l’industrie qui connaissaient les micro-ondes, mais pas le domaine chimique. Ils ne pouvaient nous aider que jusqu’à un certain point. » Jean-Philippe Laviolette raconte tout cela avec entrain, comme il le fait avec les gens d’affaires de partout dans le monde qui viennent le voir chaque semaine, les derniers en date étant des représentants de deux groupes japonais dits « intermédiaires ». Il s’agit de plus petits joueurs que les géants pétrochimiques.
« De telles entreprises peuvent mettre au point plus rapidement des produits spécialisés, explique Jocelyn Doucet, autre cofondateur de Pyrowave et également diplômé de Polytechnique Montréal. Elles ressentent la pression du marché, car elles sont plus près du consommateur. Si quelqu’un veut des pots de yogourt faits de plastique recyclé, elles vont les fabriquer. »
L’empreinte carbone du polystyrène conçu à partir des monomères de Pyrowave est de 2 à 3 fois moins grande que celle du neuf, selon l’équipe, et sa fabrication requiert de 12 à 15 fois moins d’énergie. « En théorie, on peut aussi traiter les plastiques de catégories 2, 4 et 5, mais nous nous concentrons sur le styrène, car sa valeur est bonne ; il coûte cher à produire », signale M. Doucet. Pour le reste, l’équipe espère que des incitatifs économiques ou des règlementations seront mis en place pour stimuler le marché du recyclé et que le traitement des matières du bac bleu ira plus loin, pour inclure les nouvelles méthodes. « Pour que les marques passent au plastique recyclé, il faut que cela leur revienne au même prix. »
La résine issue des monomères recyclés par la technologie de Pyrowave peut servir à fabriquer du nouveau polystyrène, du caoutchouc synthétique, du latex et des plastiques pour les appareils électroniques. Image: Pyrowave/Éric Carrière
Donner de la valeur
Transformer du plastique en plastique : voilà qui semble logique. Mais si l’on réutilisait du plastique pour en faire… du diésel ? Je découvre cette approche au fond d’un café d’Outremont, en compagnie d’un ingénieur en trenchcoat noir. Il s’appelle Louis Bertrand. Avec sa sœur, Lucie Wheeler, également ingénieure, il a fondé Sweet Gazoil. Il convient que sa méthode a de quoi faire sourciller les plus écolos. « Mais la meilleure façon de sortir le plastique des océans est de lui donner une grande valeur », rétorque-t-il. Le diésel en a une. « Et pour les 10 prochaines années, on aura besoin de ce diésel. » Aussi bien éviter d’extraire davantage de pétrole, juge-t-il.
Le gouvernement semble partager son avis : son entreprise a obtenu une subvention de 150 000 $ d’Environnement et Changement climatique Canada pour procéder à des tests l’été dernier, en collaboration avec le centre de recherche OLEOTEK, le Centre de technologie minérale et de plasturgie et la jeune entreprise de conversion des plastiques Soléco Énergie, tous basés à Thetford Mines.
Ils ont amélioré un processus déjà exploité ailleurs dans le monde et qui consiste à « craquer » les molécules de plastique afin d’en tirer un carburant. « Le polyéthylène et l’essence, c’est la même structure : du carbone et de l’hydrogène, rappelle Louis Bertrand. Le polyéthylène comprend environ 50 000 atomes de carbone, tandis que l’essence en renferme 8. »
Sweet Gazoil se démarque par sa capacité à obtenir des carburants de haute valeur grâce à un procédé rapide et efficace. Le plastique est d’abord liquéfié, puis intégré goutte à goutte, en continu, dans un réacteur avant de tomber sur une surface si chaude que la matière sera instantanément transformée en gaz et que les molécules seront coupées. « Plus je craque vite, plus j’obtiens de longues molécules. Celles-ci valent plus cher. » C’est le cas du diésel, composé de 16 atomes de carbone, dont le prix de vente est plus élevé que celui de l’essence. Le jour où le monde aura délaissé les énergies fossiles, Louis Bertrand en fera du plastique avec la même technologie.
Le professeur de l’Université Dalhousie Tony Walker, qui a fait partie d’un groupe d’experts conseillant le gouvernement fédéral sur la pollution plastique, suit avec intérêt l’émergence des nouveaux joueurs. « Si l’on se rapproche d’une économie circulaire, qu’on obtient une résine analogue à la vierge, alors le plastique n’est pas “mauvais”. C’est plutôt la gestion actuelle de sa fin de vie qui est le réel problème. » Et sa surutilisation, ajoute-t-il.
Dans un rapport publié à l’automne, Greenpeace s’inquiétait toutefois de l’apparition de ces nouvelles méthodes, alors que peu d’information est disponible quant à leurs rejets dans l’environnement. L’organisation estime aussi que « les investissements effectués dans ces infrastructures […] risquent de “ verrouiller ” la demande de déchets afin de créer encore plus de plastique et d’autres produits ».
Dans tous les cas, comment ces technologies pourraient-elles se greffer sur le système actuel ? Pour le moderniser, un comité d’action a été mis sur pied par Québec au printemps dernier ; il doit livrer ses recommandations sous peu. Recyc-Québec a également amorcé une réflexion avec les ministères de l’Environnement ainsi que de l’Économie et de l’Innovation. « Il y a différentes avenues possibles pour aller chercher la matière [destinée aux nouveaux recycleurs] : les points de dépôt, les collectes séparées ou le bac de récupération traditionnel, note Sophie Langlois-Blouin, vice-présidente à la performance des opérations de Recyc-Québec. Il y aurait sans doute des équipements à ajouter dans les centres de tri. On analyse quelles sont les approches les plus viables par région. »
Elle souligne toutefois que la réduction à la source est primordiale. Ainsi, tous les aliments ont-ils besoin d’être emballés ? Recyc-Québec est partenaire d’une étude canadienne qui se penche sur le sujet. « Le but est de formuler des recommandations pour réduire l’usage du plastique sans amplifier le gaspillage alimentaire. » Un mandat qui illustre bien la complexité des enjeux environnementaux auxquels le monde est confronté.
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Une huile essentielle pour recycler le polystyrène
Polystyvert, qui a une usine de démonstration à Montréal, est une autre entreprise prometteuse pour recycler le polystyrène. Elle a notamment pour partenaire le géant Total Polymères. Grâce à la méthode qu’elle a conçue, la matière est dissoute dans une huile essentielle et purifiée ensuite. Le procédé sans chaleur permet d’éliminer les impuretés et les additifs des chaînes de polymères sans pour autant en réduire la longueur. L’équipe n’était pas disponible au moment de notre reportage.