Recyclage chimique des élastomères thermoplastiques oléfiniques : des résultats prometteurs à Certech

Dans le cadre du projet Elast2Sustain, Certech évalue le potentiel du recyclage chimique des élastomères thermoplastiques (TPE), et plus particulièrement des élastomères thermoplastiques oléfiniques (TPO). Ces travaux de R&D, basés sur le traitement par pyrolyse, visent à convertir des flux TPO en huiles hydrocarbonées valorisables, pouvant être réintégrées de manière durable dans des chaînes de valeurs industrielles en tant que matières premières secondaires.

Les travaux menés à l’échelle laboratoire et sur une unité pilote semi-continue ont permis de démontrer la faisabilité technique du procédé, avec des rendements élevés en produits liquides et des performances compétitives par rapport à celles obtenues lors de la pyrolyse de polyoléfines de commodités.

Ces résultats ouvrent la voie à l’optimisation d’un procédé de pyrolyse pour le recyclage des TPO.

Une première phase de recherche a consisté à étudier le comportement des TPO en conditions de pyrolyse dans des réacteurs de laboratoire. Ces essais ont permis d’identifier des conditions opératoires adaptées et sûres, et de mieux comprendre les mécanismes de décomposition de ces matériaux.

Les résultats montrent que les TPO présentent un comportement différent de celui des polyoléfines classiques, avec une conversion plus rapide et la formation d’huiles légères en quantité supérieure. Cette sélectivité accrue se traduit par des rendements en liquides hydrocarbonés supérieurs à ceux généralement obtenus avec des polyoléfines classiques

Par ailleurs, seule une très faible fraction de solide résiduel (« char ») est produite lors de la pyrolyse. Ce faible rendement en sous-produit solide constitue un atout pour le développement de voies de valorisation durables, notamment via l’intégration des huiles obtenues dans des procédés pétrochimiques existants.

Les observations réalisées en laboratoire ont ensuite été validées sur l’unité pilote de pyrolyse de Certech. Plusieurs campagnes d’essais ont été réalisées en mode semi‐continu, avec suivi des bilans matières, analyses en ligne et collecte séparée des fractions gazeuse, liquide(s) et solide (Figure 1).

Figure 1. Ligne pilote de pyrolyse des TPE/TPO en place à Certech, composée d'une extrudeuse monovis (en jaune à gauche) alimentant en continu un réacteur de 20 L avec stations de collecte (à droite). Visuel Copyright@ Certech 2026.

À l’échelle pilote, un traitement moyen de plusieurs kg/h a été atteints pour le traitement de TPO vierges. Les résultats ont confirmé les tendances observées en laboratoire : un rendement élevé en phase liquide et une fraction solide faible.

Les huiles produites ont fait l’objet d’analyses approfondies par chromatographie bidimensionnelle (GC×GC-HRTOF-MS/FID), tandis que les gaz générés ont été caractérisés par micro-chromatographie en phase gazeuse (micro-GC).

La Figure 2 illustre les chromatogrammes obtenus sur des n-paraffines pures (alcanes linéaires de C7 à C30) et sur des huiles issues de différents tests de pyrolyse sur deux TPO: un copolymère éthylène 1-octene (« TPO-PE ») et un copolymère isotactique polypropylène-éthylène (« TPO-PP »).

Figure 2. Chromatogrammes GC×GC obtenus sur (a) un mélange de n-paraffines pures, et des huiles issues de pyrolyse (b) d’un copolymère éthylène 1-octene (« TPO-PE ») et (c) d’un copolymère isotactique polypropylène-éthylène (« TPO-PP »).

Ces chromatogrammes indiquent que les profils des huiles de pyrolyse des TPO sont plus complexes (Figures 2b-c) que celui des n-paraffines (Figure 2a). Contrairement aux huiles issues de « TPO-PE » (Figure 2b), où les paraffines et les oléfines sont clairement séparées, les chromatogrammes des huiles issues de la pyrolyse de « TPO-PP » montrent des zones de recouvrement importantes (Figure 2c), très probablement liées à la présence de structures ramifiées.

Cette complexité constitue un enjeu clé car elle influence directement les propriétés des huiles et leurs voies de valorisation. Les huiles de pyrolyse des TPO (TPO-PE ou TPO-PP) contiennent donc des molécules non-paraffiniques comme des oléfines. La présence d’oléfines est un facteur limitant pour la valorisation des huiles de pyrolyse en raffineries comme substitut durable de naphta de pétrole. Cet aspect fera l’objet de futures investigations pour la poursuite de la tâche du projet Elast2Sustain consacrée au recyclage chimique.

Les analyses des gaz de pyrolyse révèlent la présence d’une large variété de composés, notamment de l’hydrogène (H2), du dioxyde de carbone (CO2), de méthane (CH4) mais aussi d’autres composés organiques volatils (VOC).

La fraction majoritaire est constituée d’hydrocarbures légers, notamment du propane, du propène, de l’isobutène et des composés en C6 (Figure 3). Une partie de ces molécules peut être condensée et récupérée, ce qui contribue à améliorer encore le rendement global en produits liquides valorisables. Cette observation est valable tant pour les TPO-PE que pour les TPO-PP.

Figure 3. Exemple de concentrations volumiques moyennes de différents composés ou familles de composés détectés dans les phases gazeuses issues des pyrolyses de TPO-PE ou de TPO-PP.

Les travaux futurs porteront sur l’intensification des conditions réactionnelles en réacteur pilote, l’amélioration de la qualité des huiles obtenues par post-traitement et l’extension du procédé à des flux plus complexes, notamment des TPO usagés.

Ces travaux confirment le potentiel du recyclage chimique par pyrolyse comme levier complémentaire pour accroître la circularité des matériaux élastomères et contribuer au développement d’une économie plus durable des plastiques.

La miniature a été créée avec l'assistance d'une IA.