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Recyclage du plastique : coup d’accélérateur pour développer une technologie électrique

23 septembre 2020  - Source : NOUVELLES

Plutôt que de recourir aux énergies fossiles, les usines de transformation chimique pourraient bientôt avoir accès à des unités de chauffage alimentées par de l’électricité. C’est du moins l’espoir de Pyrowave, une entreprise crée par deux ex-étudiants de Polytechnique Montréal en 2014. Pour y arriver, elle lance aujourd’hui un projet de recherche avec les professeurs Bruno Blais et Jamal Chaouki du département de génie chimique. Leur objectif : accélérer le déploiement de cette technologie en comprenant d’abord ce qui se trame dans un réacteur à micro-ondes géant comme celui développé par Pyrowave.

Pyrowave a conçu et assemblé un réacteur à micro-ondes de la taille d'une cuve de fermentation à son usine-pilote de Salaberry-de-Valleyfield. (Photo : Pyrowave)


Si elles veulent alléger leur bilan carbone, les entreprises canadiennes devront revoir leur façon de produire de la chaleur. C’est que pratiquement tous les procédés industriels de transformation chimique s’appuient présentement sur la combustion d’énergies fossiles pour arriver à leurs fins, que ce soit pour cuire ou sécher des aliments, fabriquer du béton ou couler du métal.

Conséquence : les industries manufacturières et les procédés industriels génèrent 14 % des émissions canadiennes de gaz à effet de serre (GES). Au Québec, cette proportion s’élève même à 24 %, comme le soulignait l’an dernier un portrait des émissions industrielles de GES produit par la Chaire de gestion du secteur de l’énergie de HEC Montréal. Développer des technologies industrielles basées sur l’électricité permettrait de réduire drastiquement ces émissions polluantes, à condition bien sûr que cette énergie provienne de sources renouvelables. Voilà justement le type de technologie que Pyrowave cherche à mettre de l’avant.

 

De gauche à droite : Jamal Chaouki, professeur titulaire au Département de génie chimique; Bruno Blais, professeur adjoint au Département de génie chimique.


Électrifier les procédés grâce aux micro-ondes

L’entreprise a déjà conçu et assemblé un réacteur à micro-ondes à son usine-pilote de Salaberry-de-Valleyfield. Elle l’utilise notamment pour démontrer l’efficacité de son procédé de dégradation du polystyrène en monomères de styrène à partir d’une source d’énergie électrique.

Mais avant de se lancer dans la récupération à grande échelle de ce plastique, Pyrowave veut d’abord comprendre dans le détail comment les réactions s’opèrent et évoluent à l’intérieur de la boîte noire que constitue son réacteur à micro-ondes. Il en va non seulement de l’optimisation des réactions, mais aussi de la sécurité de tout le processus.

C’est que le réacteur a peu en commun avec le four à micro-ondes qui trône dans nos cuisines. Lorsqu’ils réchauffent les aliments, les fours micro-ondes conventionnels excitent les molécules d’eau qui relâchent ensuite leur surplus d’énergie sous forme de chaleur. Le polystyrène, lui, requiert un intermédiaire pour capter l’énergie des micro-ondes et se dépolymériser : des particules de carbure de silicium (SiC). En absorbant l’énergie des micro-ondes, ces particules agissent comme de véritables mandolines et retirent une à une les molécules de styrène à l’extrémité des chaînes du polymère. Toute la réaction s’opère en absence d’oxygène, un procédé appelé pyrolyse qui a inspiré le nom de l’entreprise.

Comment disperser les particules de SiC et le polystyrène fondu dans le réacteur de façon à distribuer la chaleur de façon homogène? Comment s’assurer que la réaction se déroule dans les conditions optimales tout au long de la transformation du polystyrène en styrène? Voilà seulement deux des nombreuses questions auxquelles le professeur Bruno Blais tentera maintenant de répondre.

Spécialiste de la mécanique des fluides et des écoulements granulaires, le chercheur mènera avec son équipe une série de simulations informatiques afin d’établir des modèles numériques capables de prédire comment la chaleur se dissipe dans le réacteur et comment son contenu se répartit et se transforme tout au long de la réaction.

« Présentement, on ne sait pas du tout comment les particules sont distribuées dans le réacteur ni comment elles absorbent la chaleur », explique Pr Blais.« C’est une vraie chambre noire. »

Accéder à cette information permettra non seulement d’optimiser la réaction de dégradation du polystyrène, mais aussi de s’assurer que tout le processus est sécuritaire, ajoute le chercheur. « Exposer des particules métalliques aux micro-ondes, c’est un peu jouer avec le feu », explique-t-il. « Il faut à tout prix éviter la création d’arcs électriques en éloignant les particules les unes des autres. »
 

L’équipe de Bruno Blais procèdera à une série de simulations pour bien comprendre comment les différentes composantes qui se trouvent à l’intérieur du réacteur interagissent avec les micro-ondes.


Une opération de traçage à Polytechnique

Pour comprendre ce qui se déroule dans ce genre de réacteur, l’équipe de chercheurs réalisera dans un premier temps une expérience de traçage. En suivant le déplacement de particules radioactives à l’intérieur d’un petit réacteur posté dans le laboratoire du Pr Jamal Chaouki, les chercheurs obtiendront une série de données pour alimenter les simulations de l’équipe du Pr Blais.

Le groupe testera aussi des procédés de dégradation d’autres types de plastique au cours des quatre années que durera le projet. Et ce ne pourrait être qu’un début, selon Pr Blais, car d’autres procédés industriels qui requièrent des températures s’élevant de 500 à 1 000 degrés Celcius pourraient éventuellement être eux aussi électrifiés. Il suggère notamment l’utilisation de réacteurs à micro-ondes pour mener à bien des procédés de biométhanisation ou de séchage.

« Les micro-ondes représentent une technologie extraordinaire qui demeure sous-utilisée », souligne-t-il. « Leur principale qualité, c’est qu’ils ajoutent de la chaleur à un volume plutôt qu’à une surface, contrairement au four conventionnel. »

Au terme de ces travaux, Pyrowave espère faire la démonstration que son approche à alimentation électrique pourra remplacer des procédés thermiques de transformation des plastiques qui reposent entièrement sur les énergies fossiles. Le Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) soutient le projet avec une subvention de 173 000 dollars, tandis que Pyrowave contribue un investissement avoisinant les 100 000 dollars.

Pyrowave en bref

Cofondée par Jocelyn Doucet et Jean-Philippe Laviolette - qui ont tous deux obtenu leur diplôme de doctorat à Polytechnique Montréal -, ainsi que  Pr Jamal Chaouki, Pyrowave représente une entreprise pionnière du recyclage chimique par micro-ondes grâce à sa technologique brevetée de « dépolymérisation catalytique par micro-ondes haute puissance », qui s’avère « la plus avancée au monde », selon elle.

L’entreprise prévoit notamment utiliser ce procédé pour produire du styrène recyclé destiné à la fabrication de caoutchouc synthétique. Elle a d’ailleurs attiré parmi ses actionnaires le fonds d’investissement du fabricant de pneus Michelin en avril dernier, ainsi que la société européenne de capital risque Sofinnova Partners et le fonds d’investissement québécois Ecofuel.


En savoir plus

Fiche d'expertise du professeur Jamal Chaouki
Fiche d'expertise du professeur Bruno Blais
Site de l'entreprise Pyrowave
Site du Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada

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