Evaluation des conséquences de la dégradation oxydante sur le recyclage des ABS et développement de solutions pour optimiser l’efficacité du surtri

Contexte :

Face à l'urgence écologique, la valorisation des matières premières secondaires issues des Déchets d'Équipements Électriques et Électroniques (DEEE) est un enjeu majeur pour produire des pièces industrielles à partir de plastiques recyclés. Cependant, la qualité des matériaux recyclés est variable en raison de la complexité du tri et de la présence d’additifs, ce qui complique leur valorisation. Parmi ces matériaux, les polymères styréniques comme l'ABS ont un fort potentiel, mais leur mise en œuvre industrielle est freinée par la variabilité de leur composition et structure, ce qui affecte leurs propriétés mécaniques et thermiques. Afin d’améliorer la rentabilité du recyclage, il est crucial de perfectionner les procédés de tri et de recyclage pour obtenir des plastiques recyclés aux propriétés proches de celles des plastiques vierges. Le tri des plastiques noirs, qui représentent 40 à 60 % des flux, est particulièrement problématique. Des technologies comme la triboélectricité et la spectroscopie MIR montrent des résultats prometteurs, mais restent limitées dans leur capacité à trier efficacement ces matériaux. De plus, bien que la pureté idéale des matériaux recyclés soit importante, elle ne garantit pas nécessairement leurs performances, car le vieillissement chimique ou la présence d’impuretés peut altérer leurs propriétés. Des recherches récentes ont montré que le contrôle de l’état de dégradation des plastiques, comme l’ABS, est essentiel pour déterminer si un matériau doit être recyclé ou éliminé. L’évaluation du vieillissement accéléré et de la photo-oxydation de l’ABS permet de mieux comprendre l’impact de ces phénomènes sur la qualité des matériaux recyclés. Ces travaux offrent des pistes pour améliorer la gestion du recyclage et de la valorisation des plastiques en tenant compte de leur état de dégradation chimique. 

En conséquence, pour optimiser la valorisation des plastiques recyclés, il est nécessaire de continuer à améliorer les techniques de tri et de recyclage, et de mieux comprendre l’impact du vieillissement sur les propriétés des matériaux afin de garantir leur performance et leur réutilisation efficace.

Objectifs :

Le vieillissement des polymères, notamment de l'ABS, induisant des modifications structurales pouvant affecter leurs propriétés mécaniques et limiter leur recyclabilité, l'objectif de cette étude est de développer une méthode rapide et non destructive pour évaluer l'état de dégradation d'échantillons d'ABS et de corréler ce résultat avec des analyses destructives afin de prédire leur aptitude au recyclage mécanique.

Il s’agira :

• D’établir des corrélations entre les analyses de surface et en profondeur : par exemple par une corrélation quantitative entre les résultats obtenus par spectroscopie MIR/NIR et par microscopie AFM.
• Déterminer l'aptitude à la valorisation matière au moyen de développement de modèles permettant de prédire l'aptitude au recyclage mécanique d'un échantillon d'ABS en fonction de son état de dégradation.
• D’optimiser des procédés de recyclage par la fourniture d'outils méthodologiques pour optimiser les procédés de recyclage en permettant de trier les matériaux en fonction de leur qualité et d'identifier les traitements de recyclage les plus adaptés.
• De déterminer d’un état de dégradation thermo et photo-oxydative en masse (surface=> cœur) d’ABS issus de déchets d’équipements électriques électroniques surtriés^[1] (volume de matière dégradée).

Ce projet permettra in fine d’évaluer la conséquence de cette dégradation en masse sur le remélangeage d’ABS oxydés et non oxydés, et donc d’interférer sur l’efficacité du surtri au travers de scénarios préventifs, palliatifs et curatifs :

• Les stratégies préventives par une détection précoce des matériaux oxydés.
• Les méthodes palliatives par la compatibilisation des mélanges.
• Les traitements curatifs pour éliminer la couche oxydée. Enfin, nous formulerons et caractériserons des MPS ABS afin d'évaluer leur qualité et leur potentiel d'utilisation.

Le PIMM (Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux) est un laboratoire de recherche rattaché à Arts et Métiers ParisTech (ENSAM), au CNRS et au CNAM. Il regroupe environ 130 personnes, dont une soixantaine de permanents (enseignants-chercheurs, chercheurs, ingénieurs, techniciens). Le PIMM est structuré en trois grands axes de recherche : 1. Mécanique des matériaux et des structures, 2. Procédés de fabrication et mise en forme, 3. Mécatronique et systèmes intelligents.
Ses travaux visent à améliorer la compréhension et la maîtrise des comportements multi-physiques des matériaux et systèmes en conditions extrêmes. Le laboratoire développe également des projets à fort impact industriel, notamment en lien avec l’aéronautique, l’automobile, l’énergie et la fabrication additive. Il dispose de plateformes expérimentales avancées, et mène des recherches à l’interface entre la modélisation numérique et les expérimentations de pointe. Le PIMM est fortement impliqué dans des projets nationaux et européens, et dans la formation par la recherche via des thèses et des masters spécialisés.

Créé en 1843, IMT Mines Alès compte à ce jour 1400 élèves (dont 250 étrangers) et 380 personnels. L’école dispose de 3 centres de recherche et d’enseignement de haut niveau scientifique et technologique, qui œuvrent dans les domaines des matériaux et du génie civil (C2MA), de l’environnement et des risques (CREER), de l’intelligence artificielle et du génie industriel et numérique (CERIS). Elle dispose de 12 plateformes technologiques et compte 1600 entreprises partenaires. Le Centre des Matériaux des Mines d'Alès (C2MA) de l'IMT Mines Alès est un centre de recherche axé sur le développement de matériaux innovants, notamment dans le domaine des matériaux polymères et des matériaux minéraux ou à matrice minérale pour le génie civil. Parmi ses unités de recherche, l'équipe PCH (Polymères, Composites, Hybrides) se distingue par son engagement dans le développement de matériaux polymères, composites et hybrides multifonctionnels à faible impact environnemental. L'équipe PCH structure ses activités autour de quatre axes principaux : 1. Biomasse et matériaux biosourcés : Développement de matériaux à partir de ressources renouvelables. 2. Ingénierie des surfaces et interfaces : Étude des interactions aux interfaces des matériaux pour améliorer leurs performances. 3. Durabilité et recyclage des polymères et composites : Recherche sur la longévité des matériaux et leur recyclabilité. 4. Comportement au feu et dégradation thermique des polymères : Analyse de la résistance au feu et de la stabilité thermique des matériaux .

Ce poste est ouvert aux candidat(e)s remplissant les conditions administratives nécessaires à l'accès au doctorat au sein de l’Institut Mines-Télécom et des Arts et Métiers (ENSAM). Le (ou la) candidat(e) devra être titulaire d’un master ou d’un diplôme d’ingénieur en physico-chimie des matériaux et justifier d’une solide expérience dans l’élaboration et la caractérisation physico-chimique, thermique et mécanique des polymères thermoplastiques, acquise lors de stages de fin d’études en entreprise ou au sein d’activités de recherche en laboratoire. Des compétences supplémentaires dans le domaine du recyclage des matières plastiques constitueront un atout majeur. Le (ou la) candidat(e) devra faire preuve d’autonomie dans la conduite du projet et la production des livrables (rédaction de rapports, présentations orales, publications, etc.). Une organisation rigoureuse, un esprit d’initiative, une capacité à travailler en équipe, ainsi qu’une forte curiosité scientifique sont essentiels pour réussir dans ce poste.