Des équipes du Laboratoire de chimie de coordination (CNRS) et de l’Ecole européenne de chimie, polymères et matériaux (CNRS/Université de Strasbourg) viennent de développer un catalyseur capable de décomposer les déchets plastique comme les bouteilles en PET (poly téréphtalate d’éthylène) en monomères réutilisables, sous des conditions douces et sans prétraitement.

Chaque année les 28 millions de tonnes de plastique de type PET produits dans le monde sont recyclés mécaniquement, ce qui dégrade la qualité du plastique à chaque cycle, ou sont tout simplement incinérés. Le recyclage chimique consiste à rompre les chaînes macromoléculaires des plastiques afin de récupérer leurs monomères constitutifs. Ces unités de base peuvent ensuite être réutilisées pour synthétiser de nouveaux plastiques, faisant de cette approche une solution particulièrement prometteuse dans une logique d’économie circulaire.

Jusqu’à présent, le recyclage chimique des plastiques utilisait des catalyseurs à base de métaux rares et coûteux, dits nobles, comme le ruthénium. Les scientifiques ont développé un nouveau catalyseur à base de manganèse, qui est un métal commun, peu coûteux et abondant dans la croûte terrestre. Ce catalyseur est fondé sur des ligands composés exclusivement de carbone, d’hydrogène et d’azote. Il constitue une avancée importante en supprimant le recours aux phosphines, couramment utilisées dans les systèmes catalytiques conventionnels mais associées à des enjeux d’approvisionnement, tout en maintenant de hautes performances catalytiques. Le manganèse, en plus d’être abondant, offre une alternative durable aux métaux nobles traditionnellement utilisés en catalyse.

Le principe clé du recyclage repose sur l’utilisation d’hydrogène gazeux sous pression modérée (60 bars) et à une température de 150 °C, avec une charge catalytique aussi faible que 0,5 mol%, pour couper les chaînes macromoléculaires du plastique afin d’obtenir des monomères diols (comme le 1,4-benzenediméthanol ou l’éthylène glycol), avec des rendements quantitatifs.

On obtient ainsi des monomères récupérés qui peuvent être utilisés pour créer de nouveaux plastiques de haute qualité, aux propriétés identiques à celles des matériaux vierges, ce qui permet d’envisager à terme un recyclage chimique véritablement circulaire.

Les premiers tests sont très concluants : des bouteilles d’eau en PET de différents types (eau plate, eau gazeuse, transparente, colorées) et diverses marques commerciales (Cristaline®, Carola®, San Pellegrino®), des emballages alimentaires et cosmétiques transparents, noirs ou colorés, et même des textiles synthétiques, ont été totalement dépolymérisés en monomères purs, prêts à être réutilisés pour fabriquer de nouveaux plastiques, sans perte de qualité.

Une preuve de concept à l’échelle du gramme, avec 1,15 g de PET vert de bouteille San Pellegrino®, a également été réalisée avec succès, confirmant la faisabilité du procédé à plus grande échelle.
Le catalyseur a démontré son efficacité sur une large gamme de polymères, incluant les polyesters (PET, PBT, PCL), les polycarbonates (comme ceux des compact discs) et même certains polyuréthanes.

Des étapes de développement industriel seront nécessaires pour utiliser ce procédé à grande échelle. Les chercheurs envisagent par ailleurs d’utiliser les molécules récupérées pour recréer des matières plastiques de qualité équivalente à celles d’origine afin de réaliser un vrai recyclage en boucle fermée.

Cette publication a fait l’objet d’une Actualité de CNRS Chimie.