Les trains passent au recyclage

Le projet Destiny propose un nouveau procédé de fabrication pour les pièces du domaine ferroviaire et aéronautique. Il repose sur une résine thermoplastique, permettant la recyclabilité des matériaux tout en limitant la pollution liée à leur fabrication.

 

Être en capacité de recycler les produits devient de plus en plus essentiel pour améliorer le coût environnemental de leur production. Dans le domaine ferroviaire, les pièces composites utilisées ont une durée de vie d’environ 30 ans et leur recyclage est difficile et couteux. Elles sont pour la plupart réalisées à partir de résines thermodurcissables — c’est-à-dire qu’elles durcissent grâce à l’effet d’une réaction chimique qui démarre lors de leur moulage. Une fois à l’état solide, elles ne peuvent pas être fondues à nouveau. Si les pièces ne peuvent pas être réparées, elles sont alors détruites

Le projet Destiny rassemble plusieurs partenaires[1] industriels et académiques, pour répondre à ce besoin. « L’objectif est de pouvoir migrer vers des matériaux recyclables dans les domaines ferroviaire et aéronautique » indique David Cnockaert, responsable du projet à Stratiforme Industries, société spécialisée dans les matériaux composites. Destiny a remporté un Innovation Award lors du JEC World 2020 pour deux démonstrateurs en matériaux composites recyclables, une cabine de train régional et une porte d’accès ferroviaire.

Une résine à fondre

« Une solution de facilité serait d’utiliser du métal, facilement recyclable » reprend David Cnockaert « mais il faut aussi prendre en compte les contraintes du milieu comme celles de masse, du design, de thermique ou d’acoustique ». L’intérêt du projet Destiny est de développer une solution facilement adaptable aux produits actuels en améliorant leurs qualités environnementales. Les matériaux des pièces de référence dans le domaine ferroviaire sont composites, fabriqués avec une résine et des fibres de verre ou de carbone. La stratification est l’étape qui consiste à imprègner ces fibres à la résine pour former les matériaux composites.

« Dans le projet Destiny nous développons des résines thermoplastiques pour créer ces pièces » indique Eric Lafranche, chercheur à IMT Lille Douai impliqué dans le projet Destiny. Au contraire des résines thermodurcissables, les résines thermoplastiques acquièrent une plasticité à très haute température, et passent de l’état solide à un état visqueux. De fait, si une pièce ferroviaire est trop abîmée pour être réparée, elle peut être retransformée pour que les recyclats puissent être réutilisés.

La résine est produite par Arkema sous forme liquide, avec une très basse viscosité. « Une consistance proche de l’eau est nécessaire pour imprégner les fibres de verre ou de carbone lors de la polymérisation » annonce Eric Lafranche. « La polymérisation se fait directement dans le moule et ce procédé nous permet de nous affranchir de certains composants, ceux libérant des composés organiques volatils (COV) » ajoute-t-il. La production de COV est alors grandement limitée par rapports aux autres résines. « Les personnes travaillant à proximité de ces COV ont une protection mais cela reste une pollution, et il est mieux de pouvoir la limiter » précise Eric Lafranche.

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Une innovation adaptée

Cette résine thermoplastique présente des propriétés quasiment équivalentes aux résines thermodurcissables, « voire même une meilleure résilience face aux chocs » complète le chercheur. En théorie cette résine est recyclable à l’infinie. « En pratique c’est un peu plus délicat, au fil des recyclages il peut y avoir une perte de certaines propriétés » concède le chercheur. « Mais ce sont des pertes minimes et nous pouvons mélanger ce matériau recyclé avec du matériau pur pour assurer des propriétés équivalentes » soutient-il.

Le but du projet est de pouvoir proposer de la recyclabilité aux industriels en limitant la pollution associée lors de la fabrication, mais cela en proposant des pièces interchangeables avec celles actuelles. « Tout l’intérêt du projet est de proposer une solution facilement accessible aux industriels, et donc facilement adaptable aux chaînes de production actuelles » souligne David Cnockaert. Il est essentiel que les pièces recyclables suivent le même cahier des charges que leurs homologues thermodurcissables pour pouvoir être installées. Cette solution pourrait aussi s’adapter à d’autres domaines dans le futur. « Nous pourrions penser à des applications dans le domaine de l’énergie, de la défense ou du médical par exemple, pour lesquels nous fabriquons également également des pièces composites » conclut David Cnockaert.

 

Tiphaine Claveau pour I’MTech

[1] Labellisé par les pôles de compétitivité i-TRANS et Aerospace Valley, le projet FUI Destiny regroupe Stratiforme Industries, STELIA Composite, ASMA, CANOE, le Crépim, ARKEMA et une équipe de recherche ARMINES/IMT Lille Douai.