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Recyclage, impacts et réglementation des plastiques : fiche de révision pas à pas et QCM type bac

TlePhysique-ChimieLes matières plastiquesRecyclage, impacts et réglementation~12 min de lecture

Recyclage, impacts et réglementation des plastiques : fiche de révision pas à pas et QCM type bac

Pour traiter un déchet plastique, on suit toujours la même démarche : identifier le polymère, le trier, choisir la filière (recyclage mécanique, recyclage chimique ou valorisation énergétique), puis mesurer ses impacts et respecter la réglementation.

Objectifs de la fiche

  • Reconnaître un plastique grâce à son code d'identification et savoir s'il est thermoplastique ou thermodurcissable.
  • Expliquer comment on sépare des plastiques mélangés (tri par densité).
  • Comparer les trois filières de traitement et écrire les équations de base (combustion, dépolymérisation).
  • Faire un calcul de masse de \(\ce{CO2}\) rejeté par la combustion d'un plastique.
  • Expliquer l'origine des microplastiques et les principes de l'éco-conception et de la réglementation.

Cette fiche est construite comme une méthode en cinq étapes. Chaque étape se termine par une question de vérification ; un QCM type bac et une fiche mémo terminent la révision.

Étape 1 : identifier le plastique

Notions clés

Un plastique est un matériau constitué principalement d'un polymère : une très longue molécule formée par la répétition d'un motif. Par exemple, le polyéthylène a pour motif \(\ce{-CH2-CH2-}\) et s'écrit \(\ce{-(CH2-CH2)_{n}-}\).

  • Thermoplastique : les chaînes ne sont pas liées entre elles ; le matériau se ramollit à la chaleur et peut être refondu puis remis en forme. Il peut donc être recyclé mécaniquement.
  • Thermodurcissable : les chaînes sont reliées par des liaisons covalentes (réseau tridimensionnel) ; le matériau ne fond pas, il se décompose. Il ne peut pas être refondu.

Le code d'identification des résines (triangle numéroté de 1 à 7) indique le polymère principal :

CodePolymèreObjets courants
1PET (polytéréphtalate d'éthylène)bouteilles d'eau et de jus
2PEHD (polyéthylène haute densité)bidons, flacons de détergent
3PVC (polychlorure de vinyle)tuyaux, gaines électriques
4PEBD (polyéthylène basse densité)sachets, films d'emballage
5PP (polypropylène)seaux, chaises de jardin, bouchons
6PS (polystyrène)barquettes, gobelets
7Autres (mélanges, polycarbonate…)objets divers

Un manche de casserole ne ramollit pas quand on le chauffe : il noircit et se décompose. Ce matériau est :

  1. un thermoplastique, donc recyclable par refonte
  2. du PET de code 1
  3. un thermodurcissable, impossible à refondre
  4. un polymère sans chaîne
Un matériau qui se décompose sans fondre a un réseau de chaînes reliées par des liaisons covalentes : c'est un thermodurcissable. Il ne peut pas être refondu.

Étape 2 : trier les plastiques mélangés

Le tri commence à la main ou par machine (lecture optique), puis on sépare les morceaux broyés grâce à leur densité \(d\) par rapport à l'eau :

  • si \(d < 1\), le morceau flotte ;
  • si \(d > 1\), le morceau coule.

Ordres de grandeur usuels des tables de propriétés : PP et PE ont une densité inférieure à 1 (environ 0,90 à 0,97) ; PS (environ 1,05), PVC (environ 1,3 à 1,45) et PET (environ 1,38) ont une densité supérieure à 1.

Bac de flottation séparant les bouchons en PP qui flottent et les paillettes de PET qui coulent eau PP et PE flottent : d inférieure à 1 PET coule : d supérieure à 1

On verse les paillettes dans l'eau : les morceaux de bouchons en PP, moins denses que l'eau, restent à la surface et sont récupérés.

Les paillettes de PET, plus denses que l'eau, tombent au fond du bac : les deux polymères sont séparés.

Dans un bac d'eau, on plonge des paillettes de PVC et de polypropylène. Que se passe-t-il ?

  1. Les deux flottent
  2. Le PP flotte et le PVC coule
  3. Le PVC flotte et le PP coule
  4. Les deux coulent
La densité du PP est inférieure à 1, il flotte ; celle du PVC est supérieure à 1, il coule. L'eau suffit donc à les séparer.

Étape 3 : choisir la filière de traitement

flowchart LR
  D[Dechet plastique trie] --> M[Recyclage mecanique]
  D --> C[Recyclage chimique]
  D --> E[Valorisation energetique]
  M --> G[Granules refondus]
  C --> O[Monomeres ou huiles]
  E --> H[Chaleur et electricite]

a) Recyclage mécanique

Broyage, lavage, séchage, fusion puis mise en granulés. Le polymère garde sa structure. Il ne concerne que les thermoplastiques triés. Limite : à chaque cycle de fusion, des chaînes se coupent, les propriétés mécaniques baissent ; le nombre de cycles est donc limité.

b) Recyclage chimique

On casse les chaînes pour revenir à de petites molécules :

  • Dépolymérisation : par exemple l'hydrolyse du PET redonne ses deux monomères, l'acide téréphtalique et l'éthane-1,2-diol ; on peut ensuite refabriquer un PET neuf.
  • Pyrolyse : chauffage sans dioxygène des polyoléfines (PE, PP) qui donne un mélange d'hydrocarbures (huiles, gaz).

c) Valorisation énergétique

On brûle le plastique dans une installation contrôlée pour récupérer l'énergie. La matière est perdue et la combustion produit du \(\ce{CO2}\). Pour le polyéthylène, la combustion complète s'écrit, par motif :

\[\ce{CH2 + 3/2 O2 -> CO2 + H2O}\]

Pour le PVC, de motif \(\ce{C2H3Cl}\), il se forme en plus du chlorure d'hydrogène, gaz corrosif et toxique :

\[\ce{C2H3Cl + 5/2 O2 -> 2CO2 + H2O + HCl}\]

Exemple résolu 1 : masse de CO2 rejetée

Une usine brûle \(m = 1{,}0\ \text{kg}\) de polyéthylène. Calculer la masse de \(\ce{CO2}\) formée. Données : \(M(\ce{C}) = 12\ \text{g·mol}^{-1}\), \(M(\ce{H}) = 1\ \text{g·mol}^{-1}\), \(M(\ce{O}) = 16\ \text{g·mol}^{-1}\).

Voir la solution
Masse molaire du motif : \(M(\ce{CH2}) = 12 + 2\times 1 = 14\ \text{g·mol}^{-1}\).
Quantité de motifs : \[n = \frac{m}{M} = \frac{1000}{14} \approx 71{,}4\ \text{mol}\]
D'après l'équation, 1 motif donne 1 molécule de \(\ce{CO2}\) : \(n(\ce{CO2}) = n \approx 71{,}4\ \text{mol}\).
Masse : \(M(\ce{CO2}) = 12 + 2\times16 = 44\ \text{g·mol}^{-1}\), donc \[m(\ce{CO2}) = 71{,}4 \times 44 \approx 3{,}1\times10^{3}\ \text{g} \approx 3{,}1\ \text{kg}\]
Conclusion : brûler 1 kg de polyéthylène rejette environ 3,1 kg de \(\ce{CO2}\), plus que la masse de plastique, car on ajoute la masse du dioxygène de l'air.

Exemple résolu 2 : rendement d'une chaîne de recyclage

Exemple fictif : un atelier de Bobo-Dioulasso reçoit 500 kg de bouteilles en PET. Il obtient 400 kg de paillettes propres. Calculer le rendement massique.

Voir la solution
Le rendement est le rapport de la masse obtenue à la masse entrée : \[\eta = \frac{m_{\text{paillettes}}}{m_{\text{bouteilles}}} = \frac{400}{500} = 0{,}80\]
Soit 80 %. Les 100 kg perdus correspondent aux étiquettes, aux bouchons séparés, à l'eau et aux saletés éliminées au lavage.

Quelle filière conserve la structure du polymère ?

  1. Le recyclage mécanique
  2. La pyrolyse
  3. La dépolymérisation
  4. La valorisation énergétique
Le recyclage mécanique fond et remet en forme le polymère sans casser ses chaînes volontairement. Pyrolyse et dépolymérisation cassent les chaînes ; la combustion les détruit.

Étape 4 : évaluer les impacts, les microplastiques

Les plastiques usuels sont très peu biodégradables : abandonnés dans la nature, ils persistent longtemps. Sous l'effet des rayons ultraviolets, de la chaleur et des frottements, ils se fragmentent en morceaux de plus en plus petits.

  • Microplastiques : particules de plastique de taille inférieure à 5 mm (définition utilisée par la NOAA, agence américaine de l'océan).
  • Primaires : fabriqués petits (granulés industriels, microbilles de certains cosmétiques).
  • Secondaires : issus de la fragmentation d'objets plus gros (sachets, bouteilles, fibres de vêtements synthétiques).

Conséquences : ingestion par les animaux marins et les oiseaux, accumulation dans les chaînes alimentaires, transport de substances adsorbées. À cela s'ajoutent les sachets qui bouchent les caniveaux et la combustion à l'air libre qui libère des fumées toxiques.

Les fibres qui se détachent d'un tee-shirt en polyester au lavage sont :

  1. des polymères biodégradables
  2. des microplastiques primaires
  3. des molécules de monomère
  4. des microplastiques secondaires
Ces fibres proviennent de l'usure d'un objet plus gros, le vêtement : ce sont donc des microplastiques secondaires.

Étape 5 : éco-concevoir et réglementer

Éco-conception

Éco-concevoir, c'est penser à la fin de vie dès la fabrication :

  • utiliser un seul polymère (objet monomatériau) plutôt qu'un mélange difficile à séparer ;
  • réduire la masse de plastique et éviter les colorants et additifs qui gênent le recyclage ;
  • concevoir des objets réutilisables et intégrer de la matière recyclée.

La hiérarchie des déchets fixe l'ordre de priorité : prévenir (réduire), réutiliser, recycler, valoriser (énergie), et en dernier éliminer (mise en décharge).

Réglementation : quelques textes

  • Sénégal : loi n° 2020-04 du 8 janvier 2020 relative à la prévention et à la réduction de l'incidence sur l'environnement des produits plastiques (interdiction de certains plastiques à usage unique).
  • Côte d'Ivoire : décret n° 2013-327 du 22 mai 2013 portant interdiction de la production, de l'importation, de la commercialisation, de la détention et de l'utilisation des sachets plastiques.
  • Union européenne : directive (UE) 2019/904 relative à la réduction de l'incidence de certains produits en plastique sur l'environnement.

Selon la hiérarchie des déchets, quelle action est prioritaire ?

  1. Recycler mécaniquement le sachet
  2. Éviter de produire le sachet
  3. Brûler le sachet pour produire de l'énergie
  4. Mettre le sachet en décharge
La prévention, c'est-à-dire ne pas produire le déchet, est en tête de la hiérarchie ; le recyclage et la valorisation viennent après.

QCM type bac : entraînement final

Réponds sans regarder la fiche, puis lis l'explication.

1. La combustion complète d'une mole de motifs \(\ce{C2H3Cl}\) produit :

  1. 1 mol de CO2 et 1 mol de HCl
  2. 2 mol de CO2 et 2 mol de HCl
  3. 2 mol de CO2, 1 mol de H2O et 1 mol de HCl
  4. 2 mol de CO2 et 3 mol de H2O
Conservation des éléments : 2 C donnent 2 CO2 ; le Cl donne 1 HCl qui prend 1 H ; les 2 H restants donnent 1 H2O.

2. Pourquoi un thermodurcissable ne peut-il pas être recyclé mécaniquement ?

  1. Ses chaînes sont reliées en réseau par des liaisons covalentes : il ne fond pas
  2. Il est trop léger pour être broyé
  3. Il flotte toujours dans l'eau
  4. Il ne contient pas de carbone
Le recyclage mécanique repose sur la fusion. Un réseau tridimensionnel se décompose avant de fondre.

3. Brûler 2,0 kg de polyéthylène produit environ :

  1. 2,0 kg de CO2
  2. 0,9 kg de CO2
  3. 4,4 kg de CO2
  4. 6,3 kg de CO2
2000 divisé par 14 donne environ 143 mol de motifs, donc 143 mol de CO2, soit 143 fois 44, environ 6,3 kg.

4. L'hydrolyse du PET en acide téréphtalique et éthane-1,2-diol est :

  1. un recyclage mécanique
  2. un recyclage chimique par dépolymérisation
  3. une valorisation énergétique
  4. une pyrolyse
On revient aux monomères en cassant les liaisons de la chaîne avec l'eau : c'est une dépolymérisation, une forme de recyclage chimique.

Erreurs fréquentes

  • Confondre code d'identification et garantie de recyclage.
  • Penser que tous les plastiques se refondent : seuls les thermoplastiques le peuvent.
  • Oublier le HCl dans la combustion du PVC.
  • Dire que la valorisation énergétique est un recyclage : la matière est détruite, seule l'énergie est récupérée.
  • Croire qu'un microplastique est un plastique « disparu ».

Récapitulatif

  1. Identifier : code 1 à 7, thermoplastique ou thermodurcissable.
  2. Trier : à la main, par lecture optique, puis par densité dans l'eau.
  3. Traiter : mécanique (structure conservée), chimique (chaînes cassées), énergétique (matière brûlée, \(\ce{CO2}\) rejeté).
  4. Impacts : persistance, fragmentation en microplastiques de moins de 5 mm, fumées toxiques.
  5. Agir : éco-conception, hiérarchie des déchets, lois nationales (Sénégal 2020, Côte d'Ivoire 2013).
Thermoplastique
Polymère à chaînes non liées, qui fond à la chaleur et peut être refondu, donc recyclé mécaniquement.
Recyclage mécanique
Broyage, lavage, fusion, granulés : le polymère garde sa structure.
Recyclage chimique
Casser les chaînes : dépolymérisation en monomères ou pyrolyse en hydrocarbures.
Valorisation énergétique
Combustion contrôlée pour récupérer de l'énergie ; la matière est perdue et du CO2 est rejeté.
Microplastique
Particule de plastique de moins de 5 mm, primaire ou issue de la fragmentation.
Éco-conception
Concevoir un produit en pensant à sa fin de vie : monomatériau, moins de matière, réutilisable.

Sources

  • NOAA Marine Debris Program, définition des microplastiques (particules de moins de 5 mm).
  • République du Sénégal, loi n° 2020-04 du 8 janvier 2020, Journal officiel.
  • République de Côte d'Ivoire, décret n° 2013-327 du 22 mai 2013.
  • Directive (UE) 2019/904 du 5 juin 2019 ; directive 2008/98/CE (hiérarchie des déchets).
  • ASTM D7611, système de codes d'identification des résines ; densités : tables usuelles de propriétés des polymères.

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