Le polystyrène est un plastique grandement utilisé, mais très peu récupéré et recyclé. Il devient donc une nuisance en fin de vie et pourtant, son potentiel est énorme. Cette thèse présente le développement de nouveaux outils ainsi que de nouvelles connaissances fondamentales sur le recyclage du polystyrène par pyrolyse microonde.
Tout d’abord, la cinétique de la dépolymérisation du polystyrène par pyrolyse microonde est étudiée. Pour ce faire, un analyseur thermogravimétrique microonde est développé. Cet appareil permet de mesurer la masse et la température d’un échantillon durant sa pyrolyse. Des mesures de masses aussi petites que 0.3g avec une erreur inférieure à 5% en font l’analyseur le plus précis de la littérature. Un thermomètre muni d’une thermopile infrarouge et de différents filtres optiques a été conçu afin de mesurer la température dans un environnement microonde.
Ensuite, c’est avec cet analyseur que les paramètres cinétiques, (énergie d’activation, E, facteur préexponentiel, ln(A), et modèle de réaction, f(α)) sont déterminés. Des expériences utilisant trois taux de chauffe linéaires différents (24.5, 38.5 et 49.5°Cmin−1) ont permis de déterminer que l’énergie d’activation de la décomposition du polystyrène par pyrolyse microonde E est de 45kJmol−1, comparativement à 200kJmol-1 pour sa pyrolyse conventionnelle, soit 4,5 fois moins élevée. Cette différence majeure soulève plusieurs questionnements, notamment quant à l’impact réel des microondes sur la pyrolyse.
Ce sont des expériences menées dans l’unité de pyrolyse microonde industrielle de Pyrowave inc. qui ont permis de répondre à ces questions. En fait, le polystyrène fondu entourant les particules de récepteur agit comme un isolant thermique. La conséquence directe de cette isolation est une augmentation de la température (>2000°C) des particules de récepteur microonde et, par le fait même, de la vitesse de réaction (jusqu’à 10 ordres de grandeur). Ces analyses ont permis de confirmer que l’effet des microondes sur la pyrolyse du polystyrène est exclusivement thermique.
Finalement, une réalité industrielle est traitée : la présence de contaminants (cellulose) dans les flux de déchets de polystyrène. La présence de cellulose a un impact direct sur la composition des huiles : augmentation de la quantité d’éthylbenzène au détriment de la diminution de la quantité de styrène, le produit d’intérêt de la pyrolyse de polystyrène. L’apport d’hydrogène par la pyrolyse de la cellulose est responsable de l’hydrogénation en phase gazeuse du styrène en éthylbenzène, une réaction secondaire et nuisible.
