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Selon l’Agence européenne pour l’environnement, un Européen moyen produit près de cinq tonnes de déchets par an. Seuls 38 % de ces déchets sont recyclés, le reste finissant en grande partie dans les décharges.
«Alors que l’Europe cherche à atteindre ses objectifs environnementaux et à créer une économie circulaire, nous devons trouver de nouvelles solutions pour recycler davantage de matériaux», explique Janusz Sikora, chercheur à l’université technologique de Lublin, en Pologne.
La technologie innovante mise au point par Janusz Sikora et son équipe dans le cadre du projet NEWEX aide les fabricants à créer plus facilement de nouveaux produits à partir de déchets plastiques, afin d’économiser du temps et de l’énergie tout en produisant des matériaux de meilleure qualité. Les chercheurs testent actuellement son efficacité avec plusieurs types de plastiques et matériaux de remplissage.
Problèmes d’agrégats
L’objectif de Janusz Sikora consistait à améliorer notre capacité à extraire des ressources de haute qualité à partir des déchets. «Prenons à titre d’exemple l’utilisation de plastiques fabriqués à partir de déchets alimentaires, végétaux et de coquillages recyclés», ajoute Janusz Sikora. «Bien que ce processus soit une excellente chose pour l’économie circulaire, les propriétés de ces plastiques sont considérablement modifiées et comportent certaines limites.»
L’équipe de Janusz Sikora s’est concentrée sur les extrudeuses, qui servent à fabriquer des produits à base de plastique comme des tuyaux, des gouttières et des revêtements. Ces petites machines, basées sur le moulage, font fondre des granulés de plastique avant de pousser la masse ramollie à travers une filière préformée pour créer des objets continus ayant un profil spécifique.
«En règle générale, lorsqu’il s’agit de fabriquer un nouveau produit, l’opérateur doit simplement changer la filière de l’extrudeuse et ajuster la ligne de traitement», explique Janusz Sikora. Malheureusement, lorsque des déchets plastiques recyclés sont utilisés comme matériau de base, les choses se compliquent un peu.
«Tout se résume à la zone rainurée, que l’on trouve dans toutes les extrudeuses de qualité», explique Janusz Sikora. «Cette zone, située au début du processus d’extrusion, exerce une pression sur le plastique introduit dans la machine et, ce faisant, augmente l’efficacité globale.»
Une question de rainures
Les fabricants doivent surmonter un défi de taille: les extrudeuses ont besoin d’un agrégat plastique homogène composé d’un seul type de granulés.
Non seulement le plastique est fabriqué à partir de regranulés de déchets recyclés, c’est-à-dire qu’il est composé de granulés de tailles différentes, mais, en outre, chaque recycleur produit des regranulés de dimensions différentes. Étant donné que ce type de plastique perd ses propriétés d’origine, il se prête moins bien à la transformation.
«Notons ensuite la contamination qui reste dans le plastique, ce qui rend l’extrusion plus difficile pour la machine», note Janusz Sikora.
Non seulement tous ces facteurs annulent une grande partie des avantages environnementaux liés à l’utilisation de plastiques fabriqués à partir de déchets recyclés, mais ils rendent également l’utilisation de ces matériaux moins rentable et donc moins attrayante pour les fabricants.
«En discutant avec des entrepreneurs, j’ai appris que ce qu’ils souhaitent, c’est une extrudeuse dont ils peuvent modifier les caractéristiques géométriques des zones rainurées», fait remarquer Janusz Sikora.
En d’autres termes, nous devons développer une solution qui permette d’ajuster les dimensions des rainures en fonction des dimensions des granulés ou des regranulés de plastique.
Un opérateur efficace
Inspiré par ces conversations, Janusz Sikora a lancé le projet NEWEX, financé par l’UE. «Notre objectif était d’adapter une extrudeuse à vis unique pour qu’elle puisse traiter le plus efficacement possible les plastiques fabriqués à partir de déchets recyclés», ajoute-t-il.
Réunissant une équipe internationale de spécialistes, le projet a contribué au développement de modèles virtuels, numériques et 3D des éléments géométriques de la zone rainurée et du segment de fourreau rotatif. Ensuite, l’équipe de recherche a effectué des simulations, des animations et des calculs sur ordinateur.
Ces travaux ont abouti à la mise au point d’un prototype d’extrudeuse qui permet aux utilisateurs de modifier en permanence les éléments de conception de la section d’alimentation rainurée en changeant indépendamment la profondeur de chaque rainure et leur nombre. Il se caractérise également par un fourreau modifié qui peut tourner dans les deux sens de la vis et à la vitesse souhaitée, tandis que la vis de l’extrudeuse a été modifiée pour s’adapter au fourreau modifié.
«La conception de NEWEX comporte un certain nombre d’éléments mobiles qui subissent une dilatation thermique à des températures élevées», explique Janusz Sikora. «Le matériau liquide s’écoule alors dans les interstices entre les éléments mobiles.» La solution de NEWEX est destinée aux extrudeuses ayant une production de plusieurs tonnes de plastique par heure.
Industrie 4.0
Bien que le prototype devait à l’origine être utilisé comme outil de démonstration à Lublin, il a rapidement suscité l’intérêt d’une entreprise polonaise d’extrusion. En collaboration avec certains partenaires du projet NEWEX et avec le soutien du projet PROMATAI, financé par l’UE, ils s’efforcent à présent de faire progresser le prototype, en intégrant des fonctions d’intelligence artificielle dans le processus qui permettront à l’extrudeuse d’adapter automatiquement la zone rainurée à la taille du matériau d’alimentation.
«C’est une bonne nouvelle pour les petits fabricants et encore plus pour l’environnement», conclut Janusz Sikora.
Le projet NEWEX a été entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie.